Apresentação
Nesta edição da Revista Engenho, há seis artigos. O primeiro artigo, escrito por
Sandra Medianeira Buligon e Janis Elisa Ruphenttal problematiza sobre as posturas
estratégicas do setor da construção civil em Santa Maria, frente às oportunidades
geradas pelo Programa de Apoio à Expansão das Universidades Federais. O segundo
analisa os resultados da implementação de um protótipo de biblioteca digital
empregando conceitos de Enterprise Content Management (ECM) e Service Oriented
Architecture (SOA) e é assinado pelos autores, Andrey Prezotto do Prado e Peter Jandl
Junior. O terceiro artigo, de autoria de Juliano José Fiori, contem a simulação de um
reator de fluxo para a produção em modo contínuo de biodiesel. Helder Fausto Narcizo
e Carlos Eduardo Câmara são os autores do quarto artigo, que tem por tema o
desenvolvimento de protótipo de software para reconhecimento de posições e gestos
utilizando Microsoft Kinect. O estudo de um projeto para produção de amaciante de
roupas a base de cloreto de di (cetil – estearil) dimetil amônio com arnica de Paula Yole
Pacheco e Fernanda Palladino é o quinto artigo desta edição. O último artigo, de
Walcrios Grings da Silva, Diego Augusto de Jesus Pacheco e Carlos Fernando Jung
propõe um modelo para a realização de eventos Kaisen.
ORGANIZAÇÕES DA CONSTRUÇÃO CIVIL E SUAS ESTRATÉGIAS
EMPREENDEDORAS FRENTE ÀS OPORTUNIDADES CRIADAS PELO REUNI.
ESTUDO DE CASO DE SANTA MARIA......................................................................1
IMPLEMENTAÇÃO DE UM PROTÓTIPO DE BIBLIOTECA DIGITAL COM ECM
E SOA..............................................................................................................................17
ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE UM REATOR TUBULAR PARA PRODUÇÃO
CONTÍNUA DE BIODIESEL........................................................................................46
DESENVOLVIMENTO
DE
PROTÓTIPO
DE
SOFTWARE
PARA
RECONHECIMENTO DE POSIÇÕES E GESTOS UTILIZANDO MICROSOFT
KINECT...........................................................................................................................60
ESTUDO DE UM PROJETO PARA PRODUÇÃO DE AMACIANTE DE ROUPAS A
BASE DE CLORETO DE DI (CETIL – ESTEARIL) DIMETIL AMÔNIO COM
ARNICA..........................................................................................................................86
A PROPOSIÇÃO DE UM MODELO PARA REALIZAÇÃO DE EVENTOS
KAIZEN........................................................................................................................110
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
ORGANIZAÇÕES DA CONSTRUÇÃO CIVIL E SUAS ESTRATÉGIAS
EMPREENDEDORAS FRENTE ÀS OPORTUNIDADES CRIADAS PELO REUNI.
ESTUDO DE CASO DE SANTA MARIA, RS.
Sandra Medianeira Buligon
Universidade Federal de Santa Maria
[email protected]
Janis Elisa Ruphenttal
Universidade Federal de Santa Maria
RESUMO
O empreendedorismo está relacionado à exploração de novas oportunidades, e para
gerar valor as empresas devem atuar de forma estratégica. Este trabalho problematiza sobre as
posturas estratégicas do setor da construção civil em Santa Maria, frente às oportunidades
geradas pelo Programa de Apoio à Expansão das Universidades Federais. O objetivo geral é
investigar se essas empresas adotam estratégias para explorar aquelas oportunidades, ou se
atuam de maneira intuitiva. A pesquisa é do tipo exploratória, descritiva com abordagem
qualitativa. A maioria das empresas atuou intuitivamente, e apesar de instituírem planos
estratégicos, não observam os fundamentos básicos do empreendedorismo por oportunidade.
Palavras-chave: Empreendedorismo. Empreendedorismo estratégico. Construção Civil.
ABSTRACT
Entrepreneurship is related to the exploration of new opportunities, and to create value
for businesses should act strategically. This paper discusses about the strategic positions the
construction industry in Santa Maria, forward to the opportunities generated by the Program
to Expansion Support of Federal Universities. The overall goal is to investigate whether these
companies adopt strategies to exploit those opportunities, or if they act intuitively. This
research is an exploratory, descriptive qualitative approach. This research is an exploratory,
descriptive qualitative approach. Most companies acted intuitively, and despite establish
strategic plans, do not observe the basics of entrepreneurship by opportunity.
Keywords: Entrepreneurship. Strategic Entrepreneurship. Construction.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
1 Introdução
Em geral, a indústria da construção civil exerce efeitos significativos sobre as
economias locais, promovendo a criação de empregos, renda e consumo, que dinamizam a
sociedade, mantendo um ciclo de desenvolvimento (BORTOLUZZI, 2006; SABADO, 2011).
Nesse contexto, programas de governo que, direta ou indiretamente estimulam a participação
da indústria da construção civil, contribuem para o aquecimento das economias locais.
O setor da construção civil é estratégico para as políticas públicas de geração de
riquezas e criação de empregos, sendo responsável por cerca de 20% do Produto Interno
Bruto nacional. Além disso, atua sobre uma extensa cadeia produtiva de fornecedores,
serviços de comercialização e manutenção, assegurando uma substantiva geração de
empregos e impostos (BANDEIRA et al., 2009).
No caso dos programas de expansão das universidades conduzidos pelo governo
federal, os aumentos nos números de cursos, vagas, servidores e alunos demandam uma
efetiva participação do setor da construção civil, e geram reflexos benéficos no ambiente
macroeconômico (PALMER e MALMBERG, 2008; HUGGINS et al. 2008; CARVALHO e
OLIVEIRA, 2008). Em Santa Maria/RS, a implantação do Programa de Apoio a Planos de
Reestruturação e Expansão das Universidades Federais – REUNI proporcionou oportunidades
para essas empresas (UFSM, 2010), refletidas no aumento da metragem construída e nas
unidades residenciais comercializadas (SINDUSCON, 2011, 2010, 2009, 2008, 2007).
Considerando as vantagens para o desenvolvimento local que a implantação do
REUNI propicia, justifica-se o interesse em analisar se as empresas da construção civil
adotaram ações empreendedoras intuitivas ou estratégicas, em relação às oportunidades
criadas pelo referido programa de governo. O problema de pesquisa definido para esta
investigação é: quais estratégias estão sendo adotadas pelo setor da construção civil em Santa
Maria, em relação às oportunidades geradas pelo REUNI?
Tal problema de pesquisa deriva da hipótese de que as empresas locais de construção
civil reagem às oportunidades de negócios decorrentes da implantação do REUNI, articulando
estratégias empreendedoras. Para averiguar essa formulação, esse trabalho tem como objetivo
geral investigar se essas empresas adotam estratégias para explorar aquelas oportunidades, ou
se atuam de maneira intuitiva em relação a elas.
O marco teórico utilizado na concepção do construto toma como base os referenciais
de distintos autores a respeito de empreendedorismo estratégico, estratégias empresariais, e as
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estratégias que as organizações da construção civil têm desenvolvido, a exemplo de
Chiavenato (2008), Porter (2000) e Cheah e Garvin (2004).
2 Empreendedorismo estratégico
A utilização de estratégias vem se tornando cada vez mais essencial à sustentabilidade
das organizações, considerando os cenários instáveis que compõem os ambientes
empresariais, sujeitos a efeitos de distintas naturezas e impactos nos mercados. O êxito das
organizações empreendedoras não resulta do mero acaso, senão de bem planejadas estratégias
competitivas (ANSOFF, 1990; CHIAVENATO, 2008).
Atualmente, empreendedorismo é reconhecido por Kraus et al. (2012) como sendo
uma das forças geradoras da economia moderna, configurando-se em importante ferramenta
para a vantagem competitiva no cenário organizacional. O fenômeno mesmo está relacionado
ao processo de criação de valor, identificando oportunidades de mercado, construindo
recursos através dos quais novas oportunidades podem ser exploradas.
Para gerar valor as empresas devem atuar de forma estratégica, o que consiste em
analisar e ponderar forças competitivas, constituídas por clientes, fornecedores, novos
entrantes e eventuais produtos substitutos. Quando ponderados, esses fatores demonstram que
formular uma estratégia suplanta a simples criação de uma manobra para superar
concorrentes, levando em conta os fatores internos e externos à empresa, aspectos
econômicos, políticos e outros que possam desequilibrar a estratégia adotada (PORTER,
2000, FOSS et al., 2008).
O empreendedorismo, segundo Kobal et al. (2008), deve ser associado a um
planejamento estratégico, pois será através deste que o empreendedor poderá direcionar seus
objetivos. O empreendedorismo estratégico foca-se nas atividades empreendidas para alcançar
ganhos em vantagens competitivas, obtendo retornos acima da média. Define os esforços das
empresas no sentido de desenvolver e explorar, simultaneamente, as inovações que serão
básicas para seu desempenho futuro. Busca-se identificar e explorar oportunidades, sob a
perspectiva de criar riquezas (IRELAND e WEBB, 2007; SCHINDEHUTTE e MORRIS,
2009; LUKE et al., 2011; KRAUS et al., 2011).
Identificar e explorar oportunidades constituem comportamentos vistos como
complementares, o que facilita a sua integração, e a meta de alcançar um equilíbrio entre
ambos. Por sua vez, alcançar esse equilíbrio requer uma mentalidade e uma liderança
empreendedoras e uma cultura empresarial. Além disso, a inovação funciona como interface
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entre empreendedorismo e gestão estratégica, denotando a propensão de um indivíduo em se
comportar criativamente, usar a intuição e estar alerta a novas oportunidades
(SCHINDEHUTTE e MORRIS, 2009; LUKE et al., 2011; KRAUS et al., 2011; COLOMBO
et al., 2012).
Em outra abordagem, Ireland e Webb (2007) afirmam que obter esse equilíbrio é
tarefa de difícil alcance, tendo em vista que os resultados dos investimentos feitos para a
capacitação da empresa são incertos. Salientam, ainda, que os processos necessários à
exploração de oportunidades requerem mudanças culturais, estruturais e operacionais.
Em geral, a inovação está sempre presente nas estratégias empreendedoras, fortemente
conectada ao empreendedorismo, podendo ser definida como a comercialização de novas
combinações baseadas sobre a aplicação de novos materiais e componentes, a introdução de
novos processos, a abertura de novos mercados e/ou a introdução de novas formas
organizacionais. Muito comumente, ela resulta no fortalecimento da vantagem competitiva de
uma empresa (SCHUMPETER, 1982; VAN DER MEER, 2007).
3 Estratégias empresariais
A estratégia passou a ser a ferramenta utilizada pelas organizações, para uma melhor
compreensão sobre seus objetivos e o que pretendem realizar. Seguindo um modelo de gestão
focado na racionalização, as empresas perceberam a importância da inovação como vantagem
competitiva (CANHADA e RESE, 2009; ALLIO e RANDALL, 2010).
Os estudos sobre as estratégias empresariais, de acordo com Tiegarten e Alves (2008),
têm se desenvolvido seguindo a tendência de acompanhar as dinâmicas dos mercados
globalizados e voláteis, na tentativa de explicar e conduzir as organizações a conquistarem
vantagens competitivas sustentáveis, além das diferenças de desempenho entre empresas. A
intensidade com a qual as empresas têm concorrido em cenários incertos demanda a adoção
de estratégias cada vez mais eficazes para garantir-lhes a sobrevivência.
De acordo com Porter (2004), para que uma organização crie uma posição sustentável
em longo prazo, e supere o desempenho dos seus competidores na indústria é preciso que ela
exerça uma gestão adequada sobre três estratégias genéricas: a liderança nos custos, que
implica uma vigorosa redução de custos e despesas; a diferenciação, que se relaciona com a
capacidade de conceber um produto único no mercado; e o enfoque, que ocorre quando a
produção e/ou comercialização visam um grupo específico de clientes, segmento de linha do
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produto ou mercado geográfico, demandando da organização um atendimento ao seu mercado
restrito da forma mais eficiente possível.
A estratégia é conceituada por Mintzberg e Quinn (2008) a partir de cinco dimensões
que devem ser analisadas, ao se construir ou avaliar um planejamento estratégico empresarial.
Essas dimensões são classificadas como: plano, pretexto, percepção, posição e perspectiva.
Para alguns autores, a estratégia trata da maneira como os líderes tentam estabelecer
direção para as organizações; pretexto são as manobras criadas para enfrentar as ameaças e
criar vantagens competitivas; como percepção a estratégia associa-se ao conceito de
comportamento próprio da organização, para o qual seus colaboradores e stakeholders
convergem; como posição, a estratégia estimula a monitoração e constante avaliação dos
ambientes competitivos das organizações; e como perspectiva, a estratégia questiona as
intenções e os comportamentos em um contexto de mercado (MINTZBERG e QUINN, 2008;
TRIMI e MIRABENT, 2012).
O planejamento estratégico, de acordo com Brunsman et al. (2011), constitui uma
atividade desafiadora, e exige o desenvolvimento da capacidade do grupo em contribuir.
Nesse sentido, além do staff, colaboradores envolvidos em atividades como análise e
planejamento financeiro, estratégia de TI, arquitetura empresarial e funções de engenharia
devem ter desenvolvidas suas competências estratégicas.
A importância da adequada gestão das competências da organização, baseada na
gestão do conhecimento, é reconhecida como uma capacidade organizacional importante para
criar e manter uma vantagem competitiva no atual ambiente de negócios (RIBEIRO, 2009;
KALE e KARAMAN, 2012).
As competências estratégicas relacionam-se à escolha e implementação das estratégias
da empresa, estando associadas ao comportamento empreendedor. Empreendedores que
desenvolvem tais competências mantêm foco em programas de longo prazo, mas também em
objetivos alcançáveis e realistas, em médio e curto prazo (MINTZBERG e QUINN, 2008).
Segundo Mintzberg e Quinn (2008), além das estratégias genéricas, apresentadas por
Porter, são objetos passíveis de análise as estratégias específicas, que dizem respeito a forma
de condução das organizações em seus nichos de mercado específicos. Um exemplo de
estratégia específica é apontado por Rees e Porter (2006), que afirmam que a elevada
produtividade dos recursos é uma maneira de aumentar a vantagem competitiva.
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3.1 Estratégias na Construção Civil
As primeiras formulações estratégicas utilizadas na indústria da construção civil,
segundo Cheah e Garvin (2004), foram delineadas a partir de procedimentos metodológicos
similares aos usados em estratégias corporativas genéricas. Entre essas, os autores identificam
sete campos estratégicos de abordagem imperativa, tanto na Construção Civil como em outras
áreas. Esses campos, mostrados na figura 1, são: de negócios, operacional, de tecnologia da
informação; marketing; tecnologia; recursos humanos e finanças que, quando abordados de
maneira interativa, possibilitam a formulação de estratégias voltadas para a obtenção de
vantagens competitivas sustentáveis.
De acordo com Cheah e Garvin (2004), as ações estratégicas têm significativamente
mais chances de obterem êxito quando desenvolvidas de maneira interativa entre os campos
estratégicos, compondo processos que culminam em soluções estratégicas sustentáveis.
Figura 1 – Os sete campos estratégicos.
Fonte: Adaptado de Cheah e Garvin (2004)
Sabado (2011) cita três estratégias empresariais específicas e contumazes no setor da
construção civil, sendo a primeira delas a busca pela redução de custos, muitas vezes
distorcida; o esforço de diferenciação no mercado, limitado a alguns itens de projeto; e a
forma mais comum, que é a manutenção do foco em segmentos, a exemplo de atendimento de
mercados e públicos segmentados.
Cordeiro et al. (2006) afirmam que, geralmente, nas empresas da construção civil de
pequeno e médio porte, as estratégias empresariais costumam ficar limitadas às mentes de
seus proprietários, isto é, aqueles empreendedores, quando engendram uma estratégia, não a
compartilham com os demais membros da empresa, concentrando as decisões operacionais e
estratégicas, o que faz dos gerentes dos níveis intermediários meros executores de ordens.
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Levando em conta a crescente dependência cultural do uso da tecnologia nas
ativididades cotidianas, Henderson e Ruikar (2010) afirma que as empresas do setor da
construção civil necessitam ser proativas na busca e adoção de novas tecnologias, para
manterem-se competitivas. A adoção adequada de tecnologias emergentes constitui uma
questão estratégica para as organizações do setor.
Ainda segundo o referido autor, é de grande importância que as empresas da
construção civil, ao avaliarem suas estratégias de atuação no mercado, considerem a
adequação de aspectos, tais como: tomada de decisões, implementação de processos,
razoabilidade na identificação e avaliação de novas iniciativas tecnológicas, e análise
criteriosa às barreiras à implementação de novas tecnologias, e gerenciamento das mudanças.
A indústria da construção enfrenta, no contexto global, novas legislações ambientais, o
que obriga as empresas do ramo a operarem em conformidade com os padrões estabelecidos
pela lei e pela sociedade, em geral (PORTER, 1999, FERGUSSON e LANGFORD, 2006).
De acordo com Fergusson e Langford (2006), as empresas da construção podem
resistir ou podem abraçar as mudanças, tomando-as como oportunidades de negócios. Os
autores afirmam que são muitas as evidências literárias de que uma gestão estratégica que
considere a importância dos aspectos ambientais pode levar à vantagens competitivas, estando
as empresas ambientalmente proativas mais aptas a obterem resultados positivos.
4 Metodologia
A investigação busca identificar se as empresas da construção civil adotaram
estratégias empreendedoras frente às oportunidades criadas pelo REUNI e, em caso
afirmativo, quais são as estratégias.
4.1 Desenho da pesquisa
Em face do problema definido para essa investigação, a concepção de pesquisa
realizada é a exploratória, que segundo Malhotra (2006, p.99-100) é usada em casos nos quais
“é necessário definir o problema com maior precisão; identificar cursos relevantes de ação, ou
obter dados adicionais antes de desenvolver uma abordagem”. Além disso, a pesquisa
exploratória analisa um problema “ou uma situação para prover critérios e maior
compreensão”.
A pesquisa também é do tipo descritiva, que de acordo com Gil (2006) tem por
objetivo apresentar a descrição das características de determinada população, fenômeno ou
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relação entre variáveis. Esse tipo de pesquisa envolve técnicas padronizadas de coleta de
informações, que incluem aplicação de questionários, ou observação sistemática, que
possibilitam o levantamento dos dados que interessam ao pesquisador.
A abordagem utilizada para o problema é qualitativa, definida por Malhotra (2006,
p.155) como aquela que proporciona percepção e compreensão do contexto do problema. Para
Gil (2006), na pesquisa de abordagem qualitativa o ambiente natural é a fonte direta para
coleta de dados, e o pesquisador tende a analisar seus dados indutivamente. O processo e seu
significado são os focos principais de abordagem.
4.2 Objeto de estudo
Para a realização dessa investigação são definidas como unidade de análise as
empresas do segmento da construção civil, sediadas em Santa Maria/RS, e associadas ao
Sindicato das Indústrias da Construção Civil – SINDUSCON/SM. Todas essas organizações,
independente de seu porte, desempenham atividades ligadas à categoria econômica da
Construção Civil e, voluntariamente, associam-se ao sindicato, utilizando os produtos e
serviços oferecidos pela entidade. As empresas atendem a distintos segmentos de público,
através da construção de imóveis destinados a diferentes classes socioeconômicas.
4.3 Método de levantamento
Para facultar a obtenção de respostas ao problema de pesquisa estipulado, foram
levantados dados primários de quinze empresas de construção civil, filiadas ao
SINDUSCON/SM. Essas empresas foram indicadas pelo próprio sindicato em referência. Os
dados primários são aqueles gerados pelo pesquisador, com vistas a solucionar o problema em
pauta. São coletados junto à uma certa população, para obter informações específicas dos
entrevistados (MALHOTRA, 2006).
Para apoiar o trabalho, o SINDUSCON subscreveu uma carta apresentando a
pesquisadora e os objetivos da pesquisa às construtoras associadas. Às empresas que
participaram garantiu-se o anonimato das informações prestadas.
O método de levantamento dos dados envolveu um questionário estruturado,
submetido pessoalmente aos diretores, no período compreendido entre 1 a 30 de julho de
2012. Esse método de obter informações confere uma padronização ao processo de coleta de
dados, e baseia-se no interrogatório dos participantes, cujas respostas interessam aos objetivos
da investigação (MALHOTRA, 2006). Além disso, especifica o conjunto de respostas
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alternativas, bem como seu formato, que pode ser de múltipla escolha, dicotômica ou dentro
de uma escala (GIL, 2006).
Preliminarmente à aplicação do questionário, foi realizado um pré-teste, junto aos
profissionais de engenharia atuantes no setor de construção civil, no mês de junho de 2012.
Diante do pleno entendimento do grupo submetido ao pré-teste, decidiu-se pela aplicação do
questionário original.
O questionário foi elaborado a partir de perguntas que exigem que os respondentes
escolham dentro um conjunto de respostas pré determinadas, reduzindo a variabilidade nos
resultados (MALHOTRA, 2006). As questões foram formuladas a partir de conceitos
observados na revisão de literatura realizada para a presente investigação.
Aspectos relacionados aos procedimentos adotados para identificar oportunidades de
negócios foram questionados tomando como base as considerações de Porter (2004),
Mintzberg e Quinn (2008) , e Foss et al. (2008). Já os questionamentos relativos aos critérios
essenciais ao processo de decisão, tomaram como base conceitos de Cheah e Garvin (2004) e
Kobal et al. (2008). A inovação como instrumento de obtenção de vantagens referendou-se a
partir de Schumpeter (1982) e Van Der Meer (2007).
Conceitos de Mintzberg e Quinn (2008) , Chiavenato (2008) e Brusmann et al. (2011)
embasaram os questões relativas às estratégias de negócios. Henderson e Rukar (2010)
servem como base à questões relativas a inovação de processos, materiais e tecnologias; e
Porter (1999) e Fergusson e Langford (2006) salientam os aspectos competitivos da gestão
ambiental dos projetos.
Os dados obtidos foram tabulados com uso do software Excell for Windows, que
proporcionou um gráfico relativo ao conjunto de informações levantadas (gráfico 1).
5 Estratégias adotadas em relação ao REUNI
A apuração dos dados obtidos através da aplicação de questionários permite obter os
seguintes resultados:
Em relação à existência de eventuais práticas sistematizadas de identificação de
oportunidades de negócios, 40% dos pesquisados afirmam possuir tais tipos de práticas. Entre
essas foram citadas análises de mercado, estudos de viabilidade econômica e programas
estatais de habitação. De acordo com o que preconizam Mintzberg e Quinn (2008) e Trimi e
Mirabent (2012), um adequado planejamento estratégico deve incluir uma constante
monitoração e avaliação dos ambientes nos quais as organizações competem.
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Empresas que fazem uso de uma visão empreendedora, conforme Porter (2000) e Foss
et al. (2008), exploram novas oportunidades, para as quais devem estar atentas. Conforme
apurado, 60% dos pesquisados não monitoram metodicamente as oportunidades que o
mercado, eventualmente, disponibiliza.
Sobre os critérios utilizados no processo de decisão sobre a exploração das
oportunidades identificadas, é possível destacar que: 60% das organizações apontam a
margem de lucro e a manutenção de clientes como principais itens. A importância dos
aspectos financeiros na estratégia de abordagem corporativa reside no melhor posicionamento
competitivo e retorno financeiro compensador, e é salientada por diversos autores (CHEAH e
GARVIN, 2004; IRELAND e WEBB, 2007; KOBAL et al., 2008; SCHINDEHUTTE e
MORRIS, 2009; LUKE et al., 2011; KRAUS et al., 2011), em relação à exploração das
oportunidades de negócios.
Outros 26,67% dos investigados dão ênfase ao giro de capital. Aspectos como
inovação, política ambiental e obtenção de novos clientes também foram salientados por
13,37% dos investigados. Do ponto de vista das políticas ambientais, enquanto critérios de
decisão sobre exploração de oportunidades, a indústria da construção civil pode adotar
mudanças e inovações que a leve à obtenção de vantagens competitivas (PORTER, 1999,
FERGUSSON e LANGFORD, 2006; COLOMBO et al., 2012).
De acordo com o levantamento, o aspecto mais evidente da utilização da inovação na
indústria da construção civil é a vantagem competitiva (60%). A inovação costuma ser
utilizada como ferramenta pró lucratividade por 33,33% dos pesquisados, e como recurso de
empreendedorismo por outros 33,33%. Em conformidade com proposições de Schumpeter
(1982) e Van der Meer (2007), a inovação está fortemente associada ao empreendedorismo, e
sua utilização, de modo geral, implica em criação ou aumento de vantagens competitivas para
as organizações.
Em relação às estratégias de negócios, as empresas desenvolvem, de maneira
sistemática, algumas práticas. Dentre elas, 73,33% consideram aspectos organizacionais como
missão, visão, valores e objetivos. Esse padrão de referência é essencial para o norteamento
estratégico das pessoas da organização (CARVALHO e RONCHI, 2005; RESS e PORTER,
2006).
O desenvolvimento de competências estratégicas em colaboradores que não pertencem
ao staff é praticado por 46,67% das organizações pesquisadas. O desenvolvimento das
capacidades e potenciais das pessoas em diferentes setores e níveis da organização deve
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estender-se de maneira a torná-las mais capazes de pensar e agir em conformidade com a
estratégia e os objetivos delineados (RIBEIRO, 2009; BRUNSMAN et al., 2011).
Quarenta por cento das empresas participantes realizam, de maneira contumaz,
práticas de monitoração e avaliação do ambiente. Face à instabilidade do mercado, e às
constantes e velozes mudanças no cenário econômico e cultural, uma adequada prática
estratégica constitui na monitoração freqüente do ambiente externo às empresas,
possibilitando a elas uma rápida reação frente a riscos e a oportunidades (ANSOFF, 1990;
CHIAVENATO, 2008; MINTZBERG e QUINN, 2008).
Como estratégia de negócios, 33,34% exercitam manobras gerenciais para enfrentar
ameaças e vantagens. Para Minzberg (2008), faz parte da própria essência da estratégia
posicionar a organização para identificar e reagir rapidamente às ameaças e riscos que o
mercado impõe, e a tirar proveito das oportunidades emergentes. Rees e Porter (2006)
preconizam a elevada produtividade dos recursos como forma de aumentar a vantagem
competitiva.
Planos de orientação estratégica são produzidos por apenas 20% das empresas
avaliadas. Empresas da construção civil de pequeno e médio porte costumam a não
desenvolver ou não disseminar suas estratégias de negócios, limitando-as aos diretores
proprietários (CORDEIRO et al., 2006). A importância da elaboração de planos de orientação
estratégica é salientada por Minzberg (2008), como forma de estabelecer diretrizes para as
organizações.
Entre os participantes, 53,33% assinalam não ter percebido o Programa REUNI como
gerador de oportunidades de negócio na construção civil. Além disso, 60% dos respondentes
afirmam que suas organizações não projetaram empreendimentos visando atender à demanda
gerada pelo aumento do número de alunos e servidores da UFSM. Diversos autores salientam
que os programas de expansão de universidades geram reflexos positivos no macroambiente
local, favorecendo, inclusive, o setor da Construção Civil (PALMER e MALMBERG, 2008;
HUGGINS et al. 2008; CARVALHO e OLIVEIRA, 2008).
Apenas 46,67% afirmaram ter adotado algum tipo de estratégia empreendedora, como
forma de explorar as oportunidades criadas pelo REUNI. Dentre esses tipos de estratégias, a
adequação de projetos ao perfil socioeconômico estudantil foi apontada como a prevalente,
por 33,33% das empresas. A capacitação de pessoal para novas tecnologias, e o
desenvolvimento de projetos comprometidos com a qualidade ambiental respondem,
respectivamente, por 26,66 %, conforme figura 1. A utilização de distintas estratégias
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empreendedoras
pode
propiciar
vantagens
competitivas
para
as
organizações
(SCHUMPETER, 1982; VAN DER MEER, 2007; SABADO, 2011).
Gráfico 1 – Os tipos de estratégias adotadas pelas empresas da construção civil
Fonte: Elaborado pela autora
6 Considerações Finais
Uma vez que existe uma relação entre a expansão das universidades e o aumento do
número de estudantes e servidores, criando oportunidades de negócios para as empresas locais
da construção civil, este trabalho se propôs a investigar se as construtoras de Santa Maria, RS,
perceberam tais oportunidades, e se adotaram estratégias empreendedoras para explorá-las, ou
se reagiram a elas de maneira intuitiva.
A maioria das organizações do ramo da construção civil não sistematizou suas práticas
de identificação de oportunidades de negócios. Tal dado se reflete no fato de uma pequena
maioria declarar não perceber o REUNI como oportunidade.
Percebendo ou não as oportunidades criadas pelo REUNI, as organizações destacam
que quando há necessidade de decidir sobre a exploração de oportunidades, utilizam-se dos
critérios “margem de lucro” e “manutenção de clientes”, principalmente.
Quanto à utilização da inovação na indústria de construção em Santa Maria, as
construtoras focam-se, na sua maioria, na busca de vantagens competitivas. No entanto, essas
mesmas empresas sequer se utilizam da análise do ambiente externo como estratégia de
percepção de oportunidades.
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A estratégia de negócios mais comumente desenvolvida no setor é a definição de
aspectos organizacionais, como: missão, visão, valores e objetivos. A ela, segue-se o
desenvolvimento de competências estratégicas nas pessoas externas ao staff.
Apesar dos programas de expansão de universidades gerarem reflexos positivos no
macro ambiente local, a maioria das empresas não esteve atenta às oportunidades criadas pela
expansão da UFSM. Mesmo assim, sabe-se que houve um significativo acréscimo em área
residencial construída, e em número de novas unidades comercializadas. Essa situação denota
que as organizações que perceberam as oportunidades do REUNI participaram efetivamente
desse incremento, empreendendo de maneira oportunista, e adequando seus projetos ao perfil
socioeconômico estudantil.
Por outro lado, mesmo algumas empresas que não haviam percebido as oportunidades
criadas pelo REUNI, beneficiaram-se com a demanda criada pelo programa de expansão,
conforme depreende-se dos dados coletados.
Em resposta ao problema formulado para este trabalho, é possível concluir que a
maioria das empresas atuou intuitivamente durante a implantação do Programa REUNI,
focada na obtenção de vantagens competitivas, porém sem monitorar as demandas do
mercado.
REFERÊNCIAS
ALLIO, R. J.; RANDALL, R. M. Kiechel’s history of corporate strategy. Strategy &
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IMPLEMENTAÇÃO DE UM PROTÓTIPO DE BIBLIOTECA DIGITAL COM ECM
E SOA
Andrey Prezotto do Prado
Recall do Brasil Ltda., Jundiaí, SP, Brasil,
[email protected]
Peter Jandl Junior
Centro Universitário Padre Anchieta
[email protected]
RESUMO
Este trabalho analisa os resultados da implementação de um protótipo de biblioteca
digital empregando conceitos de Enterprise Content Management (ECM) e Service Oriented
Architecture (SOA), os quais permitiram obter um sistema mais flexível e consistente do
ponto de vista de armazenamento, classificação e recuperação de documentos.
Palavras-Chave: biblioteca digital; arquitetura orientada a serviços; gestão corporativa de
conteúdo; serviços web; desenvolvimento de software.
ABSTRACT
This work analyzes the results of the implementation of a digital library prototype that
uses nterprise Content Management (ECM) and Service Oriented Architecture (SOA)
concepts, which allowed to obtain a more flexible and consistent system in terms of storage,
classification and document retrieval.
Keywords: digital library; service oriented architecture (SOA); enterprise content
management (ECM); web services; software development.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
1.
Introdução
Historicamente, as bibliotecas possuem um papel indiscutivelmente importante para a
sociedade. Segundo Teixeira, Silva & Marinho (2011, p.2), elas atuam como organismo
responsável pela democratização do acesso ao conhecimento e à informação. Nesta
perspectiva, as bibliotecas digitais são igualmente importantes para divulgação de trabalhos
científicos e acadêmicos de qualquer instituição educacional ou de pesquisa, pois são fontes
confiáveis de conteúdo que contribuem no processo de formação, educação e suporte de um
grande número de usuários geograficamente dispersos.
Entretanto, muitos dos sistemas existentes apresentam uma série de deficiências em
função de projetos centrados nos aspectos tradicionais de arquivamento de bibliotecas físicas,
ou seja, limitações relacionadas à forma como os documentos digitais ficam armazenados no
sistema associadas ao uso de métodos ineficientes de classificação que tornam a recuperação
de documentos mais difícil ou, algumas vezes, ineficaz.
A implementação de um protótipo de biblioteca digital empregando conceitos de
Enterprise Content Management (ECM) e Service Oriented Architecture (SOA) pretendeu
obter um sistema mais flexível e mais consistente do ponto de vista de armazenamento,
classificação e recuperação de documentos.
2.
Bibliotecas Digitais
As bibliotecas digitais nasceram da evolução natural do sistema bibliotecário, que
passou a usar a computação não apenas como ferramenta de apoio e aperfeiçoamento dos seus
mecanismos de catalogação e organização de acervo, mas como uma tecnologia para
disseminar de conhecimento. Como um serviço de informação, as bibliotecas digitais
permitem superar muitas das limitações relacionadas ao uso de acervos físicos tradicionais e,
ao mesmo tempo, possuem os mesmos objetivos: organizar, manter e disponibilizar
informação aos seus usuários. Segundo Leiner:
Uma biblioteca digital é a coleção de serviços e a coleção de objetos de informação,
sua organização, estrutura e apresentação, que suporta o relacionamento dos
utilizadores com os objetos de informação, disponíveis direta ou indiretamente via
meio eletrônico/digital (1988, apud, ASSOREIRA & MOURÃO, 2001).
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Uma outra definição para bibliotecas digitais é:
(…) coleções focadas de objetos digitais que incluem texto, vídeo e áudio, junto com
métodos para acesso e recuperação, seleção, organização e manutenção. [tradução
livre] (WITTEN, BAINBRIDGE & NICHOLS, 2009).
Em geral, as bibliotecas apresentam características como: acesso remoto ao acervo
digital; ausência das restrições ligadas aos documentos físicos; capacidades para armazenar
mídias diferentes e bases de dados completas; além da disponibilização de métodos de
pesquisa e recuperação eficientes.
Exemplos dos principais sistemas de bibliotecas digitais open-source existentes são:
Invenio, DSpace, Greenstone e EPrints.
2.1 CERN Invenio
É um pacote de software de código aberto que permite o gerenciamento de
documentos digitais em um repositório de natureza institucional. Foi desenvolvido pelo
Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN), daí sua primeira denominação
CERN Document Server (CDSware), para gerenciar sua enorme biblioteca digital, uma das
maiores do mundo. A partir de 2006, esse pacote de software recebeu o nome de CDS
Invenio, simplificado mais recentemente para Invenio.
A maior parte de seu código é escrita em Python, mas sua arquitetura é baseada numa
combinação do Apache HTTP server, Web Server Gateway Interface (WSGI) e o banco de
dados MySQL. É capaz de operar apenas em sistemas Unix-like, predominantemente
distribuições derivadas do Red Hat Enterprise Linux 5 (RHEL5) ou do Debian (INVENIO,
2013).
As principais características do Invenio são: organização dos documentos em coleções
navegáveis normais ou virtuais; portais customizáveis para cada coleção; mecanismo próprio
de pesquisa configurável de alto desempenho; inclusão de metadados no formato MARC
(padrão XML da biblioteca do congresso americano), que possibilita grande adaptabilidade
das informações armazenadas; manipulação de artigos, livros, teses, fotos, vídeos e outros
elementos; personalização da interface de usuário; além de ferramentas para inclusão,
submissão, classificação, indexação e disseminação de conteúdos (INVENIO, 2013).
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
A Figura 1 mostra a aplicação do Invenio no próprio CERN e também no InfoScience,
um projeto da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL).
Figura 1 – Aplicação do Invenio no CERN e no projeto InfoScience (EPFL).
O conjunto de características do Invenio são suas vantagens mais significativas, além
do fato de suportar o Open Archives Initiative Protocol for Metadata Harvesting (OAI-PMH)
(OAI, 2013). Mas também apresenta várias desvantagens: sua operação efetiva se restringe a
poucas plataformas operacionais e possui dependência com muitos módulos, o que torna a
instalação complexa em servidores não dedicados. Além disso, sua arquitetura sofisticada
dificulta o uso de sua infraestrutura em outros serviços de gerenciamento de documentos e sua
interoperabilidade é restrita.
2.2 DuraSpace DSpace
É outro pacote de software open-source, desenvolvido inicialmente por meio de
parceria do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e os laboratórios da Hewlett
Packard. Os resultados da iniciativa originaram a fundação DuraSpace que atualmente
mantém o projeto DSpace.
Construído sobre a plataforma Java e com uso do Apache Tomcat, o DSpace é um
conjunto de aplicações web e programas utilitários capazes de organizar, manter e publicar
um acervo digital de documentos de várias naturezas, bem como seus metadados. Sua
arquitetura modular possibilita a criação de grandes repositórios multidisciplinares, utilizando
banco de dados Oracle ou PostgreSQL, que podem ser expandidos além dos limites
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
institucionais. Seu projeto permite a manipulação de qualquer formato eletrônico, bem como
o agrupamento de arquivos e suas descrições em itens que podem ser organizados em
coleções. Uma das preocupações de seu projeto é a preservação de funcionalidades associadas
aos formatos usados, mesmo com a evolução destes (DSPACE, 2013).
A Figura 2 ilustra o DSpace em funcionamento na National Air and Space Agency
(NASA) e na Brasiliana, uma biblioteca digital da Universidade de São Paulo (USP).
Figura 2 – Aplicação do DSpace na NASA e Brasiliana (USP).
Constituem suas maiores vantagens a sua operação em múltiplos ambientes
operacionais; o modelo de objetos e sua gerência; o controle de acesso; e sua
interoperabilidade. Também suporta o OAI-PMH. Suas desvantagens são o limitado suporte a
idiomas e menor facilidade de customização (TRAMBOO, HUMMA, SHAFI & GUL, 2012;
PYROUNAKIS & NIKOLAIDOU, 2009; PATIL & KANAMADI, 2008).
No geral, é considerada a melhor alternativa de software para bibliotecas digitais.
Apenas no Brasil existem mais de 60 instituições registradas como usuárias do DSpace, entre
elas: Embrapa, FGV, Inmetro, MEC, Senado Federal, UFRGS e USP.
2.3 Greenstone
Desenvolvida pela Universidade de Waikato (Nova Zelândia) em parceria com a
UNESCO e a ONG belga Human Info, o projeto Greenstone é um sistema de software de
código aberto destinado a construção de bibliotecas digitais compostas de um grande número
de documentos digitais pesquisáveis e organizados em coleções.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
É implementado em C++; faz uso extensivo da Standard Template Library (STL); mas
também utiliza Perl e Java (para a interface gráfica do bibliotecário). A sua interface web é
baseada no Common Gateway Interface (CGI) e pode utilizar como infraestrutura o Apache
HTTP server ou Microsoft Internet Information Server (IIS), mas seu banco de dados
constitui uma solução própria. Seu projeto é modular e inclui ferramentas, relativamente
simples, para inclusão, catalogação e publicação de documentos e seus metadados em
diversos formatos, como MARC, DSpace ou BibTex (GREENSTONE, 2013).
A Figura 3 mostra os sites da Biblioteca Nacional do Uruguai e da Bolsa de Cereais de
Buenos Aires, que operam com o Greenstone.
Figura 3 – Aplicação do Greenstone na Biblioteca Nacional do Uruguai e da Bolsa de Cereais de
Buenos Aires.
Outras características interessantes do Greenstone são seu suporte para OAI-PMH e a
possibilidade de uso para compor uma biblioteca digital local e autônoma, que pode ser
distribuída em um CD-ROM ou DVD-ROM (GREENSTONE, 2013).
As maiores vantagens do Greenstone são sua simplicidade; facilidade relativa de sua
instalação; operação em ambientes Windows, Unix/Linux ou Mac OS-X; suporte às coleções;
suporte a múltiplos idiomas; e possibilidades de customização. Por outro lado, exibe várias
desvantagens: usa uma tecnologia web considerada obsoleta (CGI); seu banco de dados não é
uma solução de mercado; o modelo de objetos e metadados é limitado; e o controle de acesso
é deficiente (TRAMBOO, HUMMA, SHAFI & GUL, 2012; PYROUNAKIS &
NIKOLAIDOU, 2009; PATIL & KANAMADI, 2008).
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
2.4 EPrints
Resultado do esforço da Universidade de Southampton (Inglaterra), é uma plataforma
de software livre que constitui um repositório genérico para preservação e divulgação de
documentos digitais. É usada frequentemente para catalogação e divulgação de materiais de
pesquisa científica.
Foi construída em Perl, usando o Apache HTTP server como infraestrutura web, pode
operar em ambientes Windows ou Unix/Linux com uso de banco de dados Oracle, MySQL,
ou PostgreSQL. Sua interface web é bastante adequada para as tarefas de inclusão,
organização e recuperação de documentos dos formatos mais comuns, incluindo seus
metadados; ou seja, é um sistema de fácil utilização (EPRINTS, 2013).
A Figura 4 mostra aplicações típicas do EPrints como bibliotecas digitais de teses na
Universidade de Glasgow e Caltech.
Figura 4 – Aplicação do EPrints na Universidade de Glasgow e Caltech.
As vantagens exibidas pelo EPrints são grande interoperabilidade; suporte ao OAIPMH; usabilidade de suas interfaces; métodos de pesquisa de documentos; suporte a
múltiplos idiomas; e gerenciamento de seus objetos. Em contrapartida, suas desvantagens são
o controle de acesso deficiente, limitações no armazenamento de metadados e seu modelo de
objetos (TRAMBOO, HUMMA, SHAFI & GUL, 2012; PYROUNAKIS & NIKOLAIDOU,
2009; PATIL & KANAMADI, 2008).
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
2.5 Considerações Gerais
Um dos principais aspectos na análise e seleção de um sistema de software para
constituir uma biblioteca digital é sua interoperabilidade, quesito onde algumas das soluções
analisadas deixam a desejar. Muito das restrições de interoperabilidade e também das
possibilidades (ou dificuldades) de customização são originadas da plataforma de
programação escolhida.
Cada um dos sistemas vistos usa uma base de programação distinta: Python no
Invenio; Java no DSpace; C++ no Greenstone; e Perl no EPrints. Com isso, sua manutenção,
expansão ou integração com outros sistemas acabam por depender, em maior ou menor grau,
da plataforma inicialmente escolhida.
O uso de web services como uma plataforma de programação ainda mais neutra e
simultaneamente, adequada a operação na web constituiu uma das motivações deste trabalho
na construção de um protótipo de biblioteca digital que aliasse grande modularidade (obtida
com uma arquitetura orientada a serviços), neutralidade de plataforma e características de
sistemas de gestão de conteúdo.
3.
Enterprise Content Management (ECM)
A Association for Information and Image Management (AIIM) define o termo
Enterprise Content Management (ECM) como:
As estratégias, métodos e ferramentas utilizadas para capturar, gerenciar, armazenar,
preservar e fornecer conteúdo e documentos relacionados aos processos
organizacionais. ECM abrange a gestão da informação dentro de todo o escopo de
uma empresa não se importando se a informação está na forma de um documento em
papel, um arquivo eletrônico, banco de dados, de um fluxo de impressão, ou até
mesmo um e-mail (AIIM, 2011).
Estas estratégias visam facilitar o gerenciamento do ciclo de vida da informação
corporativa, ou seja, o controle desde sua criação, incluindo seu arquivamento, utilização,
publicação e eventual descarte. As soluções ECM são compostas por conceitos e tecnologias
descritos pela AIIM e também por outros autores como Kampffmeyer (2006), onde se
destacam o uso de componentes para gerência do ciclo de vida dos documentos corporativos.
25
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
3.1 Componente de Captura
Formado por tecnologias especializadas em realizar o tratamento das entradas de
informação, independente de sua origem física ou eletrônica. Os documentos de origem física
(impressos) são digitalizados para que seu conteúdo seja capturado e armazenado digitalmente
no sistema, enquanto os de origem eletrônica são simplesmente armazenados. A partir dos
documentos eletrônicos, é possível aplicar algoritmos de análise e processamento capazes
executar o reconhecimento de códigos de barras, o reconhecimento ótico de caracteres (OCR)
ou mesmo o processamento de imagens que possibilitam a extração de dados do documento
original e a obtenção de textos editáveis, metadados ou mesmo bases de dados.
3.2 Componente de Retenção
Corresponde aos processos e meios de armazenamento, segurança, backup e acesso
dos documentos digitais de uma solução ECM. A implementação geral é na forma de
repositório de documentos, cuja estruturação lógica é capaz de fornecer um canal de
comunicação único com os demais componentes e também suportar grandes volumes de
informação, sem que o desempenho do sistema seja prejudicado pela quantidade de arquivos
armazenados ou pelo número de acessos.
3.3 Componente de Gerenciamento
Este componente interliga os demais por meio de uma interface padronizada que
possibilita ao usuário interagir com todos os elementos do sistema. Geralmente, é composto
por: controle de acesso, que restringe o acesso aos conteúdos armazenados; controle de
versão, que administra a criação e utilização de uma ou mais versões de um mesmo
documento; mecanismos de pesquisa, para a busca de informações sobre os documentos
armazenados no sistema; ferramentas de visualização, que auxiliam o uso estruturado dos
documentos; e manutenção de metadados, que suportam a entrada, consulta e atualização de
dados referentes aos documentos, como título, autores, resumo, versão e data de criação e
modificação.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
3.4 Componente de Workflow
Este componente, definido como pela Workflow Management Coallition (WfMC,
1999), deve suportar a automação, total ou parcial, de um processo de negócios, no qual
documentos são passados de um participante para outro através de ações validadas dentro do
conjunto de regras estabelecido para tal processo.
3.5 Componente de Distribuição
Oferece métodos e ferramentas para exportação de dados (p.e., como arquivos XML),
transformação de formatos de arquivo (como geração de PDF) e publicação de conteúdo (em
mídias como CD e DVDs ou na Internet), provendo também a integração de sistemas.
4.
Arquitetura Orientada a Serviços
A arquitetura orientada a serviços (SOA) pode ser descrita como um modelo
arquitetural que objetiva aumentar a eficiência, a agilidade e a produtividade de uma empresa,
disponibilizando sua lógica de negócios através de serviços (ERL, 2007).
Uma tarefa ou função bem definida, que pode ser executada isoladamente de outras
tarefas associadas, pode ser classificada como um serviço, ou seja, “cada serviço é atribuído
ao seu próprio contexto funcional distinto e é composto por um conjunto de capacidades
relacionadas a este contexto” (ERL, 2007, p.39); onde capacidades são funcionalidades
fornecidas por um serviço para um consumidor.
Dentro de seu contexto, um serviço deve ser desenvolvido para representar
precisamente a lógica de negócios como um recurso reutilizável, independente do processo
que o consome. Para atingir esse objetivo, esta lógica deve ser projetada conforme o
paradigma de orientação a serviços, semelhante ao conceito de engenharia de software
chamado separação de interesses, o qual afirma que um problema é melhor resolvido se
dividido em problemas menores.
Isso permite dividir a lógica de um processo em pequenos serviços encarregados de
resolver um único problema, sem preocupação com o problema maior onde se inserem. Como
consequência esse serviço se torna independente e oportuniza a reutilização de sua lógica na
resolução de outros problemas.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Assim como um sistema de biblioteca digital pode se beneficiar dos conceitos de
ECM, ambos podem ser desenvolvidos baseados no paradigma SOA, no qual um componente
pode ser representado por um serviço responsável por disponibilizar suas capacidades como
um recurso reusável aos demais elementos do sistema e capaz de executar seu papel de forma
autônoma.
5.
Análise e Levantamento de Requisitos
Foi realizada uma análise para identificar os requisitos essenciais para a
implementação de uma biblioteca digital comuns as características de sistemas de ECM. A
análise dos requisitos é um processo importante da engenharia de software que define as
funcionalidades e o escopo do sistema, pois, como afirma Sommerville, “os requisitos para
um sistema são as descrições dos serviços prestados pelo sistema e suas restrições
operacionais” (2006, p.118).
Tabela 1 – Características ECM essenciais numa biblioteca digital.
Característica
Descrição
Repositório de
documentos
Estrutura para armazenamento e recuperação eficientes dos documentos
digitais (arquivos). Composto por (1) um diretório raiz, previamente configurado,
que serve como base para (2) uma hierarquia lógica de subpastas criadas
dinamicamente a partir do uso do sistema.
Métodos para
classificação e
recuperação de
documentos
Classificação de documentos baseado na associação de uma ou mais palavraschave (tags), previamente cadastradas pelo administrador do sistema, o que
possibilita ao usuário recuperar os documentos associados de acordo com sua
necessidade.
Armazenamento
de metadados
de documentos
Todo documento gerenciado é composto pelo (1) arquivo de conteúdo em
formato digital; e (2) seus metadados (informações complementares). De
acordo com natureza do documento, um conjunto distinto de metadados pode
ser aplicado, permitindo a configuração de diferentes modelos que deverão ser
escolhidos e preenchidos pelo usuário no momento de inclusão de um novo
documento na biblioteca digital.
Segurança
Controle de acesso realizado em dois níveis: (1) controle de usuários baseado
no perfil de acesso; e (2) controle de conteúdo baseado por tags. A todo
usuário cadastrado é atribuído um perfil de acesso (Tabela 2) que determina as
funcionalidades disponíveis. O acesso e visualização de documentos é regido
por tags de classificação específicas que associam tipos de conteúdos distintos
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
a cada perfil de usuário.
Publicação de
documentos
Permite disponibilizar documentos para consulta de usuários externos à
instituição, mediante cadastro no sistema. Usuários externos são capazes de
acessar todos os documentos públicos e seus metadados, de qualquer tag de
classificação, sendo restringido o download dos arquivos eletrônicos.
Métodos de
pesquisa
São os mecanismo de pesquisa de documentos, filtros de tags de conteúdo e
metadados para os usuários que possuem permissão de consulta. Os
resultados obtidos com estes métodos possibilitam selecionar documentos para
visualizar de conteúdo e metadados.
Na etapa de descoberta de requisitos, foram discutidas as funcionalidades necessárias
para uma biblioteca digital, avaliadas sua importância e comportamento, bem como
identificados os conceitos de ECM aplicáveis. Muitos destes requisitos foram determinados
com base na avaliação dos sistemas de biblioteca digital Nou-Rau (UNICAMP, 2011),
DSpace (DSPACE, 2013), Greenstone (GREENSTONE, 2013) e Invenio (INVENIO, 2013);
feita em paralelo com a análise do funcionamento da solução de ECM OnBase (HYLAND,
2011), resultando num conjunto essencial de funcionalidades desejadas para o protótipo em
desenvolvimento (Tabela 1).
Os requisitos determinados foram classificados, de acordo com o seu grau de
necessidade e relevância, como essenciais, importantes ou desejáveis. Nesta etapa foram
descartados os requisitos de ECM não aplicáveis ou indesejados em bibliotecas digitais. A
classificação dos requisitos permitiu priorizar a sequência de implementação para obtenção de
um protótipo com funcionalidades mínimas.
Tabela 2 – Perfis de acesso do protótipo de biblioteca digital SOA-ECM.
Perfil de
acesso
Descrição do perfil (permissão)
Submissão de
documentos
Permissão para envio de novos documentos para o sistema.
Aprovação de
documentos
Permissão para aprovação ou reprovação de documentos submetidos para o
sistema.
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Consulta
interna
Permissão para consulta de informações completas de documentos
armazenados no sistema (conteúdo, metadados e tags), de acordo com seu
segundo nível de acesso. Utilizado para usuários pertencentes à instituição.
Consulta
pública
Permissão para consulta de informações limitadas dos documentos
armazenados no sistema (metadados e tags) e que estão publicados para
visualização externa.
Administração
Permissão para execução todas as atividades supracitadas, com acréscimo de
permissões administrativas para configuração da aplicação (locais do repositório
de documentos, cadastro de usuários, cadastro de tags, etc.).
A partir da seleção dos requisitos desejados para o sistema, foi escrita uma
especificação em linguagem natural para descrever seu funcionamento e elaborado um
diagrama de casos de uso (Figura 5) para representar as funcionalidades disponíveis e os
usuários envolvidos em cada processo.
Figura 5 – Diagrama de casos de uso do protótipo de biblioteca digital SOA-ECM.
6.
Modelagem de Processos
Conforme apresentado na seção 5 e ilustrado na Figura 5, o protótipo fornece
ferramentas para gerenciar os processos de negócio descritos a seguir.
30
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
6.1 Submissão de Documentos
É executada toda vez que um usuário, associado ao perfil de submissão de
documentos, envia um novo documento para armazenamento na biblioteca digital. Este
processo requer que o usuário informe um título para o documento; selecione o arquivo
desejado para upload; indique e preencha o modelo de metadados desejado; e, por último,
escolha as tags de classificação usadas para indexação e posterior recuperação do documento
que está sendo criado.
Todos os novos documentos são criado com status pendente (de aprovação), sendo
visíveis apenas para os usuários que realizaram sua submissão e para aqueles com perfil de
aprovação de documentos nas tags de classificação do documento. Estes últimos são
denominados usuários aprovadores.
6.2 Aprovação de Documentos
Neste processo, os documentos submetidos são analisados pelos usuários aprovadores
que, de acordo com critérios administrativos, podem aprovar ou reprovar um documento. A
aprovação do documento torna-o disponível para todos os usuários com permissão de
consulta às tags associadas, conferindo o status aprovado. A partir deste ponto também é
possível publicar o documento pela associação da tag apropriada. Por sua vez, a reprovação
do documento torna-o inacessível aos demais usuários, atualizando seu status para reprovado
e criando um registro dessa operação para visualização do usuário que efetuou a submissão.
6.3 Pesquisa de Documentos
Este processo envolve a consulta de todos os documentos aprovados, i.e., com status
aprovado, por parte dos usuários autorizados e inclui os métodos de pesquisa por tag de
classificação ou por busca de metadados.
A pesquisa por tags (ou filtragem) só é possível para aquelas habilitadas no perfil de
acesso do usuário e retorna uma lista de documentos associados a todas as tags informadas
como critério. Já a busca por metadados consiste na seleção do tipo do documento a ser
pesquisado e consequente determinação da lista de metadados associada, o que resulta numa
lista de documentos que possuem os valores informados em seus metadados, que também
podem filtrados por tag.
31
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
7.
Modelagem Orientada a Serviços (SOA)
A modelagem dos serviços conforme o paradigma de orientação a serviços, ou seja, da
separação de interesses, resulta de um inventário de serviços.
7.1 Inventário de Serviços
Numa arquitetura orientada a serviços, “a maioria dos serviços disponíveis são
posicionados como recursos reusáveis e agnósticos aos processos de negócios” (ERL, 2007,
p.42). Tais serviços são desenvolvidos com uma lógica genérica, não é específica em relação
ao uso de seus resultados por parte da tarefa que os solicitou, ou seja, esses serviços “não
pertencem a nenhuma aplicação” em específico.
Ao invés de aplicações, um projeto SOA possui um inventário de serviços agnósticos
agrupáveis em composições de serviços responsáveis por coordenar tarefas mais abrangentes.
Erl resume o resultado da modelagem orientada a serviços: “O que antes era uma aplicação
agora é uma composição de serviços. E é uma composição criada a partir de serviços que
provavelmente participam em outra composição” (2007, p. 91).
7.2 Análise Orientada a Serviços
A obtenção do inventário de serviços padronizado é feita por meio dos processos de
análise e modelagem orientada a serviços. “Esses processos são centrados em torno da
expressão precisa da lógica de negócio através da tecnologia” (ERL, 2007, p.52). Já a
representação de negócios como serviços é conceituada pela IBM (2011) como “um estilo de
arquitetura que suporta a transformação de negócios em serviços interligados, ou tarefas de
negócio repetíveis”.
Posto isso, analistas de negócio e arquitetos de sistema trabalham em conjunto no
projeto com o intuito de garantir um grau elevado de alinhamento entre os modelos de
negócio documentados e sua real implementação. É desejável que sejam aplicados os
princípios de projetos orientados a serviços que, resumidamente, são padronização de
contratos, baixo acoplamento, abstração, reusabilidade, autonomia, independência de estado
do serviço, capacidades de descoberta e de composição (interoperabilidade). Ou seja:
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Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
“...uma diretriz altamente recomendada para moldar a lógica da solução de certa
maneira tendo alguns objetivos em mente. Essas metas são geralmente associadas
com o estabelecimento de uma ou mais características do projeto (como resultado da
aplicação de um princípio)” (ERL, 2007, p.28)
.
O resultado da aplicação correta destes princípios e do esforço de trabalho realizado
pelos projetistas é a garantia de sua orientação a serviços, pois são criadas definições
conceituais denominadas candidatos de serviços que comporão o inventário inicial de
serviços do projeto. Uma sequência de interações executadas durante a análise, à luz de tais
princípios, refina a especificação e o escopo dos candidatos de serviço.
7.3 Modelos de Serviços
A modelagem de serviços pode ser entendida com auxílio de Erl:
“...na construção de vários tipos de serviços, torna-se evidente que eles podem ser
categorizados em função: do tipo de lógica que eles encapsulam;
do nível do
potencial de reuso que essa lógica possui; como essa lógica se relaciona com os
domínios existentes na empresa (2007, p.43)”.
O processo de análise orientada a serviços se concentra em projetar e categorizar os
serviços de modo a criar três camadas distintas de abstração lógica de serviços (ERL, 2007),
ilustradas na Figura 7.
•
Camada de serviços de entidade
Disponibiliza as operações básicas para a manutenção de uma entidade de negócio:
criação, alteração, exclusão e consulta. Outras operações podem ser desenvolvidas e
acrescidas a tais serviços, desde que intimamente ligadas ao seu funcionamento. Os serviços
de entidade são “considerados serviços altamente reusáveis porque são agnósticos aos
processos de negócio que o referenciam”, de acordo com Erl (2007, p.44).
A principal entidade de negócio do protótipo de biblioteca digital é documento,
representada pelo serviço DocumentService, o qual possibilita criar um novo documento ou
recuperar informações de documentos existentes. Outra entidade importante é tag, utilizada na
classificação e pesquisa dos documentos. O administrador do sistema utiliza o serviço
33
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
TagService
para criar ou excluir tags, enquanto usuários autorizados farão uso desse serviço
para acessar a lista de tags disponíveis para submissão de documentos.
•
Camada de serviços de tarefa
Contém serviços responsáveis pela representação de processos de negócio mais
complexos que podem envolver a manipulação de outras entidades de negócio, tal como
SubmitDocumentService,
que possui apenas uma operação para enviar um novo documento ao
processo de aprovação da biblioteca digital, mas se preocupa com outros aspectos, além da
criação do documento propriamente dito, pois precisa interagir com outros serviços antes de
efetivar a criação do documento: verificação de permissões, upload do arquivo selecionado e
registro do novo documento no sistema. DocumentService possui uma operação para criação de
documentos e outras para manutenção de registros, mas se concentra exclusivamente no
registro dos documento no banco de dados.
Diante das características apresentadas pode-se concluir que “esse tipo de serviço
tende a ter menor potencial de reuso” (ERL, 2007, p.45), uma vez que eles reusam lógicas
agnósticas de outros recursos, para gerar uma composição de serviços mais intimamente
ligada com um processo de negócio específico.
•
Camada de serviços de utilidade
Diferentemente das camadas apresentadas anteriormente, esta não é orientada ao
negócio, pois é “dedicada a fornecer funcionalidades utilitárias reusáveis, tais como registro
de eventos, notificação e tratamento de exceção” (ERL, 2007, p.46). O serviço de aprovação
de documentos ApprovalService acessa LogService um serviço de utilidade do protótipo que
registra os eventos de aprovação de documentos, i.e., data e hora da aprovação, o usuário
aprovador e o comentário informado.
7.4 SOA e Web Services
Erl (2007) afirma que SOA é um modelo independente de plataforma de
desenvolvimento, ou seja, é um conjunto de diretrizes e práticas utilizadas para que uma
organização atinja seus objetivos estratégicos, permitindo o contínuo crescimento tecnológico
e de negócios com o menor impacto possível.
A tecnologia mais comumente associada com a implementação de SOA são os web
services, definidos pelo World Wide Web Consortium (W3C) como:
34
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Um web service é um sistema de software projetado para suportar uma interação
interoperável máquina a máquina sobre uma rede. Possui uma interface descrita em
um formato processável por máquina (especificamente o WSDL). Outros sistemas
interagem com o web service de uma maneira prescrita em sua descrição usando
mensagens SOAP, tipicamente transmitidas usando HTTP com uma serialização XML
em conjunto com outros padrões relacionados à web. (W3C, 2004).
É típico que os web services sejam descritos por meio da Web Service Description
Language (WSDL) e que utilizem o Simple Object Access Protocol (SOAP). Segundo Burke
& Monson-Haefel (2006), tanto SOAP como WSDL são gramáticas XML, mantidas pelo
W3C. A primeira define um protocolo de aplicação flexível e extensível, usado tanto em
comunicação assíncrona como em Remote Procedure Call (RPC), situação onde se encaixam
os web services. A segunda especifica uma linguagem para descrição das interfaces
envolvidas nos web services, o que inclui o tipo de formato esperado para a mensagem, o
protocolo Internet usado (como SOAP) e o endereço do serviço.
8.
Implementação do Protótipo
8.1 Ambiente de Desenvolvimento
A criação dos componentes de software e dos web services do protótipo foi feita com
Java (ORACLE, 2011B), é uma linguagem de programação de alto nível, orientada a objetos
e cujas muitas características e extensa API possibilitam o desenvolvimento de aplicações
desktop ou distribuídas (JANDL, 2007). Sua plataforma também inclui bibliotecas adequadas
ao desenvolvimento de aplicações web e de web services, além de permitir o uso de
frameworks de terceiros para suportar diferentes modelos de desenvolvimento.
O Java API for XML-Based Web Services (JAX-WS) é a implementação de referência
para “construção de web services e clientes que se comunicam utilizando XML” (ORACLE,
2011A). O framework Apache CXF foi utilizado no desenvolvimento de web services para
simplificar a geração dos contratos de serviço em WSDL, o processamento de mensagens
SOAP e a padronização dos modelos XML transmitidos pelos web services (ASF, 2011A;
ASF, 2011B). A IDE utilizada foi o Eclipse Platform (ECLIPSE, 2011; D’ANJOU, 2004), na
qual foi integrado o framework Apache CXF.
35
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8.2 Modelagem do Banco de Dados
O banco de dados foi modelado para suportar o armazenamento dos dados referentes
aos documentos, arquivamento, tags, metadados, usuários e permissões de acesso. As tabelas
necessárias estão descritas na Tabela 3, seu relacionamento pode ser visto na Figura 6.
Tabela 3 – Tabelas do banco de dados e suas descrições.
Nome da tabela
Document
Descrição da tabela
Principal tabela do protótipo que armazena os dados de cada documento.
DocumentStatus
Contém o cadastro dos possíveis status do documento, usados no controle do
fluxo de trabalho da biblioteca.
User
Armazena o cadastro de usuários.
ApprovalLog
Contém os registros de aprovação/reprovação de documentos.
SearchTag
Armazena o cadastro das tags de classificação e pesquisa.
DocumentSearchTag
Relaciona os documentos e suas tags de classificação.
UserSearchTag
Relaciona usuários e as tags de pesquisa de seu perfil de acesso.
PermissionTag
Armazena o cadastro de tags de permissão de acesso às funcionalidades da
biblioteca digital.
UserPermissionTag
Relaciona usuários e as tags de permissão de seu perfil de acesso.
File
Armazena os dados referentes ao arquivo eletrônico de cada documento.
Package
Estrutura utilizada para agrupar os arquivos facilitando sua gerência.
Repository
Armazena o registro único que aponta o caminho (path) onde os arquivos
deverão ser salvos/consultados.
DocumentType
Armazena o cadastro de modelos de metadados que se relacionam com cada
documento.
FieldType
Armazena o cadastro individual de metadados.
FieldDataType
Armazena o cadastro de tipos de dados dos metadados.
DocumentTypeField
Relaciona os modelos de metadados e os próprios metadados.
FieldConfig
Contém os registros de padronização de nomenclaturas dos metadados.
FieldTableX
Para cada metadado cadastrado na tabela FieldType é criada uma tabela
FieldTable<id_metadado> que armazena em separado os dados informados no
momento da submissão de documentos. As colunas são nomeadas de acordo
com a tabela FieldConfig.
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Figura 6 – Diagrama de banco de dados do protótipo de biblioteca digital SOA-ECM.
8.3 Organização dos Web Services
Os web services foram desenvolvidos e organizados conforme as diretrizes descritas
na seção 7. As camadas de serviços criadas para contemplar a modelagem orientada a
serviços, assim como a relação de cada serviço disponível no protótipo de biblioteca digital
podem ser visualizadas na Tabela 4 e também na Figura 7.
37
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Tabela 4 – Organização dos web services em camadas de serviços.
Camada
Serviços de
Entidade
Serviços de
Tarefa
Serviços de
Utilidade
Web services.
DocumentService
Descrição
Gerenciamento de documentos.
DocumentTypeService
Gerenciamento de modelos de metadados.
FieldTypeService
Gerenciamento de metadados.
RepositoryService
Gerenciamento do repositório de arquivos eletrônicos
correspondentes aos documentos.
TagService
Gerenciamento de tags de classificação e pesquisa.
UserService
Controle de usuários e permissões de acesso.
SubmitDocumentService
Composição de serviços para
documentos para a biblioteca digital.
submissão
de
ApprovalService
Composição de serviços para aprovação
documentos submetidos para a biblioteca digital.
de
SearchService
Composição de serviços para pesquisa realizada por
usuários internos e externos.
LogService
Serviço responsável por registrar as atividades
realizadas na operação da biblioteca digital.
Após a organização dos serviços, primeiramente foram desenvolvidos os serviços de
entidade, de acordo com o seu grau de relacionamento com outros serviços, pois possuem
maior inter-relacionamento com os demais serviços, constituindo sua infraestrutura.
Posteriormente, foram criados os serviços de utilidade e finalmente os de tarefa. Após o
desenvolvimento de todos os serviços, foi consolidado um inventário de serviços que
representa a lógica de negócios do protótipo de biblioteca digital SOA-ECM.
A Figura 7 exibe as três camadas de serviços implementadas (entidade, tarefa e
utilidade) e seu relacionamento. Observa-se que todos os serviços da camada de tarefa são
composições de outros existentes na camada de entidade, mostrando a aplicação dos
princípios do SOA principalmente no tocante a reusabilidade da infraestrutura construída.
38
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Figura 7 – Diagrama de serviços do protótipo de biblioteca digital SOA-ECM.
8.4 Testes dos Web Services
Para testar os web services desenvolvidos foi utilizada a ferramenta SoapUI (SOAPUI,
2011) em sua versão plugin para o Eclipse Platform, que fornece uma interface gráfica para
automatizar testes funcionais em web services utilizando o protocolo SOAP. A partir de um
contrato WSDL é possível obter os pacotes SOAP necessários para testar qualquer operação
implementada por um serviço e, também, visualizar os pacotes de resposta retornados pelos
serviços após a execução do teste.
8.5 Aplicação Cliente
Foi construída uma aplicação web para utilizar inventário de serviços implementado
que fornece as operações da biblioteca digital ECM-SOA. É importante ressaltar que a
modalidade de aplicação escolhida poderia ter sido outra, já que nada impede que web
services sejam consumidos por aplicativos desktop ou mesmo móveis.
O site da biblioteca digital foi desenvolvido utilizando a linguagem C# e o framework
ASP.NET da plataforma Microsoft .NET que, segundo Shepherd (2008), oferecem serviços
de execução e uma biblioteca de classes bem projetada para melhorar o desenvolvimento web.
39
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
A aplicação cliente possui seis páginas web: submissão de documentos, aprovação de
documentos, pesquisa de documentos, resultados da pesquisa, visualização do documento e
administração.
•
Página de submissão de documentos
É exibida apenas para os usuários que possuem a tag de permissão para submissão de
documentos em seu perfil de acesso. Como mostra a Figura 8, nela o usuário informa um
título para o documento, o arquivo eletrônico para upload, o conjunto de tags de classificação
(recuperadas
pelo
serviço
TagService),
o
modelo
de
metadados
(obtidos
com
DocumentTypeService)
e o valor destes campos (recuperados por FieldTypeService). O serviço
SubmitDocumentService
efetua o processamento essa requisição.
Figura 8 – Página de submissão de documentos do protótipo de biblioteca digital ECM-SOA.
•
Página de aprovação de documentos
Esta página é exibida apenas aos usuários autorizados a realizar a aprovação de
documentos em seu perfil de acesso. Nela,
estão listados os documentos que foram
40
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
submetidos para a biblioteca digital, mas ainda não foram aprovados. Um filtro
(ApprovalService) baseado nas tags de pesquisa associadas ao usuário aprovador é aplicado a
fim de exibir os documentos de acordo com seu perfil. A lista de documentos permite
visualizar o documento, aprovar ou reprovar o mesmo, o que emprega os serviços
ApprovalService
•
e LogService.
Página de pesquisa de documentos
Exibida apenas aos usuários que possuem permissão para pesquisa, contém duas abas:
uma para efetuar a pesquisa por tags e outra para efetuar a pesquisa por modelo de metadados.
A lista de tags para seleção é carregada é obtida por SearchTagService, que verifica se o usuário
é interno ou externo. A pesquisa é realizada pelo serviço SearchService que acessa
DocumentService
para efetivamente buscar os documentos existentes que atendem aos critérios
de pesquisa. Vale ressaltar que apenas documentos aprovados são retornados.
Página de resultados da pesquisa
Após a execução de uma pesquisa pelo serviço SearchService é retornada uma lista de
documentos que pode ser visualizada por esta página, que contém o título dos documentos
encontrados, seus modelos de metadados, datas de submissão e tags associadas. A partir dessa
página é possível acessar a página de visualização de detalhes do documento.
•
Página de visualização de documentos
O serviço DocumentService, consumido por essa página, é o responsável por retornar os
metadados e tags do documento selecionado. Usuários internos visualizam os metadados, tags
e o conteúdo do documento, bem como podem efetuar seu download por meio de link
existente no final da página. Usuários externos somente visualizam os metadados e as tags do
documento. O download do arquivo eletrônico é contemplado pelo serviço RepositoryService, o
qual transmite os arquivos tanto na submissão quanto na consulta.
•
Página de administração
Página exibida apenas aos usuários com perfil administrativo e que concentra
funcionalidades de configuração da biblioteca digital que são os cadastros de tags de
classificação, de campos de metadados e de modelos de metadados, implementados
respectivamente pelos serviços TagService, FieldTypeService e DocumentTypeService.
41
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
8.6 Análise dos Resultados
A aplicação dos conceitos de ECM beneficiou o protótipo, pois permite a inclusão
simplificada de conteúdo e ao oferece um fluxo de aprovação que pode efetivar seu controle
de qualidade. O mecanismo de classificação de documentos por tag torna a recuperação de
informação flexível e possibilita realizar pesquisas abrangentes ou específicas. Outra
vantagem da classificação por tags é que também operacionaliza os mecanismo de restrição
de acesso utilizados na aprovação e permite criar diversos níveis de acesso. A estrutura
flexível de modelos de metadados permite o cadastro de quaisquer conjuntos de dados
considerados pertinentes a um tipo específico de documento.
A implementação também foi beneficiada pela aplicação dos princípios de SOA, pois
a lógica de negócio ficou centralizada no inventário de serviços e pôde ser reutilizada em
diversos lugares pela aplicação cliente. A implementação dos serviços como web services,
além de componentizar a aplicação, tornou a lógica de negócios independente de plataforma,
fato evidenciado pelo uso da plataforma Java na codificação dos web services e a criação da
aplicação cliente com a plataforma .NET.
Em suma, pode-se dizer que o protótipo de biblioteca digital ECM-SOA oferece
características e funcionalidades desejáveis a qualquer sistema de biblioteca digital, além de
possibilitar o reuso dessas funcionalidades por uma ou mais aplicações cliente, independente
da plataforma escolhida.
9.
Conclusões
Os resultados obtidos com o protótipo de biblioteca digital ECM-SOA e sua análise
permitem concluir que a aplicação dos conceitos de gerenciamento de documentos propostos
pela ECM beneficiou o sistema criado, tornando-o consistente no armazenamento de arquivos
eletrônicos, flexível na classificação da informação e eficaz na recuperação de documentos.
Observa-se que o esforço investido na etapas de análise de requisitos e modelagem do
sistema orientada a serviços trouxe um retorno substancial ao projeto SOA, particularmente
na reutilização de serviços, na possibilidades de extensão de funcionalidades, além da
independência de plataforma dos consumidores dos serviços criados, o que distingue o
protótipo dos sistemas de biblioteca digital comentados.
42
Revista Engenho, vol. 7 – Abril de 2013
Entende-se assim que o protótipo de biblioteca digital ECM-SOA atingiu os objetivos
propostos de construção de um sistema mais flexível e consistente do ponto de vista de
armazenamento, classificação e recuperação de documentos.
Em trabalhos futuros, seria interessante a implementação dos serviços necessários para
compatibilização deste protótipo com o OAI-PMH; a extensão dos serviços de submissão para
possibilitar o processamento de lotes de documentos; o aperfeiçoamento do modelo de
metadados para maior conformidade com padrões internacionais; além de melhorias nas
interfaces de usuário.
10.
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46
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
ANÁLISE E SIMULAÇÃO DE UM REATOR TUBULAR PARA PRODUÇÃO
CONTÍNUA DE BIODIESEL
Juliano José Fiori
Centro Universitário Padre Anchieta
[email protected]
RESUMO
O biodiesel é um combustível renovável obtido a partir da transesterificação de óleos
vegetais. Essa reação é normalmente realizada em reatores do tipo batelada, que apresentam o
inconveniente de necessitarem de paralisações da produção para limpezas e cargas. O presente
trabalho teve como objetivo discutir a possibilidade de produzir o biodiesel em larga escala de
modo contínuo, utilizando um reator de fluxo empistonado (do inglês, plug flow reactor –
PFR). Dados cinéticos anteriormente publicados (constantes da taxa) e características de
projeto (tamanho do reator, vazões e concentrações de reagentes e catalisadores) foram
obtidos através de literatura específica. O equacionamento do fenômeno e as etapas de cálculo
da equação da taxa foram realizados a fim de se prever a conversão e a capacidade de
produção de biodiesel de um reator PFR. A equação da taxa foi integrada por métodos
numéricos de resolução de equações diferenciais, utilizando um algoritmo em linguagem
Fortran. Após a simulação, foi analisada a possibilidade da aplicação prática de um reator
PFR para produção de biodiesel, tendo em vista a proposição de alternativas para a produção
desse combustível. Os resultados do reator PFR simulado foram comparados com dados de
uma série de quatro reatores CSTR, concluindo-se que o reator simulado apresentou uma taxa
de conversão muito próxima à da bateria de CSTR. Os resultados obtidos mostraram que o
reator PFR modelado, que possui um volume de 27 L, pode operar com uma conversão acima
de 95 %, produzindo 460 kg de biodiesel por dia.
Palavras-chave: Biodiesel; PFR; modelagem; Fortran.
46
47
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
ABSTRACT
Biodiesel is a renewable fuel obtained from the transesterification of vegetable oils.
This reaction is usually performed in batch-type reactors, which have the disadvantage of
requiring downtime for cleaning and new charges. This paper aimed to discuss the possibility
of producing biodiesel continuously on large scale using a plug flow reactor (PFR). Kinetics
data previously published (rate constants) and design features (size of the reactor, flow rates
and reagents and catalysts concentrations) were obtained from literature. The equating of the
phenomenon and the steps of calculating the rate equation were performed in order to predict
the conversion and the biodiesel production capacity of the PFR. The rate equation was
integrated by numerical methods of solving differential equations, using a Fortran algorithm.
After the simulation, it was evaluated the possibility of practical application of a PFR for
biodiesel production, proposing alternatives for the production of this fuel. The results of the
simulated PFR were compared with data for a series of four CSTR, concluding that the
simulated reactor showed a rate of conversion very close to the CSTR series. The results
showed that the PFR reactor, which has a volume of 27 L, may operate with a conversion over
95%, producing 460 kg of biodiesel per day.
Keywords: Biodiesel; PFR; modeling; Fortran.
1. Introdução
Os combustíveis fósseis emitem grande quantidade de poluentes, assim sendo, a busca
por tecnologias alternativas capazes de reduzir os níveis de emissão de gás carbônico é cada
vez mais crescente. Uma dessas tecnologias é a fabricação de biocombustíveis, tais como o
biodiesel e o bioetanol. Por causa dos benefícios ambientais e econômicos conhecidos, o
biodiesel pode ser utilizado como alternativa aos combustíveis derivados de petróleo.
Biodiesel é definido como o biocombustível derivado de biomassa renovável para uso
em motores a combustão interna com ignição por compressão ou para outro tipo de geração
de energia que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil (BRASIL,
2005).
Tecnicamente, o biodiesel é definido como uma mistura de mono alquil ésteres de
ácidos graxos de cadeia longa (do inglês, fatty acid methyl esters – FAME), derivado de
matérias-primas de lipídios renováveis, como óleos vegetais ou gordura animal (EEVERA et
47
48
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
al., 2009). O biodiesel pode ser preparado a partir de óleos vegetais diversos, como a canola
(colza), caroço de algodão, palma, amendoim, soja e girassol, bem como uma variedade de
óleos menos comuns, tal como a mamona e a moringa (RASHID et al., 2008). Para ser
considerado como combustível limpo e verde, o biodiesel não deve conter enxofre, compostos
aromáticos, metais e resíduos de petróleo (DMYTRYSHYN et al., 2004) Além de diminuir a
quantidade de dióxido de carbono, hidrocarbonetos e partículas em suspensão liberados no
ambiente, o biodiesel é biodegradável e contribui com uma quantidade mínima de gases de
efeito de estufa sulfurados lançados para a atmosfera (DMYTRYSHYN et al., 2004).
O uso do biodiesel como um substituto para o diesel derivado do petróleo tornou-se
um assunto de grande preocupação mundial, por razões das mais diversas, tais como a luta
contra a destruição do meio ambiente, o preço do diesel de petróleo, a ameaça da diminuição
em curso das reservas de combustível fóssil e a dependência de fontes estrangeiras de energia
(KAFUKU; MBARAWA, 2010).
O método mais comum para produção de biodiesel é a transesterificação de óleos
vegetais ou gorduras animais acompanhada de um álcool de cadeia curta, o qual é,
geralmente, o metanol. Essa característica da atual indústria do biodiesel é algo negativo, já
que o metanol é um derivado do petróleo, o que torna a produção do biodiesel uma tecnologia
não exclusivamente verde. Ésteres metílicos de alta pureza podem ser obtidos pela
transesterificação de óleos vegetais frescos com metanol na presença de um catalisador
alcalino (MA; HANNA, 1999; DMYTRYSHYN et al., 2004; LANG et al., 2001).
O
processo
de
transesterificação
convencional
apresenta,
afinal,
alguns
inconvenientes. Primeiro, exige uma série de etapas, como a separação dos ésteres dos
reagentes não consumidos e do glicerol, que também é produto da reação de transesterificação
e a recuperação do catalisador. O conteúdo de ácidos graxos livres (do inglês, free fatty acids
– FFA) de um óleo vegetal para produção de biodiesel não deve exceder 2% quando um
catalisador alcalino é empregado, senão as reações de saponificação serão priorizadas com
consequente redução da atividade do catalisador. Também o uso de um catalisador ácido tem
suas desvantagens, porque é menos eficiente quando comparado com o alcalino. Outro
empecilho é a água produzida, pois esta inibe a reação (SHARMA et al., 2008). Outra
desvantagem importante está ligada ao excesso de glicerol, que é uma consequência do
aumento da produção de biodiesel realizada nos últimos anos. Isso fez com que o preço da
glicerina caísse significativamente enquanto que o custo de purificação ainda permanece
elevado (JOHNSON; TACONI, 2007).
48
49
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
A produção brasileira de biodiesel utiliza constantemente a produção em reator
descontínuo, utilizando rotas metílica ou etílica, óleos vegetais ou animais, e vias catalíticas
ou não. Em setembro de 2011, a produção estimada de biodiesel brasileiro foi de 243 mil m³
(BRASIL, 2011).
Uma grande dificuldade em operar um reator do tipo PFR para a produção de biodiesel
ocorre devido à imiscibilidade dos reagentes. O álcool utilizado, seja ele metanol ou etanol,
dissolve apenas parcialmente o óleo, e ainda é requerida uma fase aquosa para a dissolução do
catalisador. Assim, o fluxo pistonado não promove uma mistura eficiente dos reagentes,
dificultando o contato entre as fases. Uma primeira alternativa é utilizar um reator tubular
com recheio empacotado (do inglês, packed bed reactor – PBR). Outra recomendação útil é o
emprego de um misturador estático na linha, que promove uma boa mistura radial, sem alterar
a mistura axial. Os misturadores axiais têm a função de homogeneizar o fluido ao longo da
direção axial, sem provocar variações na direção radial. As propriedades e o perfil de
velocidade na direção radial são uniformes, facilitando a modelagem do fenômeno.
A modelagem de um PFR recebe a classificação de modelo a parâmetros distribuídos,
pois as propriedades variam com as coordenadas espaciais. Modelos a parâmetros distribuídos
são usualmente mais complexos que os modelos a parâmetros concentrados, devido à
introdução de graus e liberdade adicionais ao sistema. Como uma série infinita de reatores do
tipo CSTR (do inglês, continuous stirred tank reactor – CSTR) pode ser aproximada para um
reator PFR nos cálculos cinéticos, a aproximação de um reator tubular para uma série de
reatores do tipo tanque contínuo, facilita a modelagem e permite alcançar bons resultados na
simulação (PINTO e LAGE, 2001).
Assim, a proposição deste trabalho é discutir a possibilidade da realização da produção
em larga escala de biodiesel de modo contínuo, baseado em um reator de fluxo empistonado,
sugerindo, portanto, uma alternativa à produção atual baseada em reatores descontínuos. Um
estudo a respeito de um caso prático de produção de biodiesel foi modelado, mostrando-se o
equacionamento, os dados de projeto e cinéticos utilizados, bem como os respectivos
resultados. A simulação de cálculo foi realizada mediante emprego de um código-fonte em
linguagem Fortran.
2. Material e Métodos
O estudo de caso delineado neste trabalho utilizou os dados de Peterson et al. (2002) e
Komers et al. (2010).
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50
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
O reator utilizado por Peterson e colaboradores (2010), consiste de um tubo cilíndrico
de PVC com 33,5 m de comprimento e diâmetro interno de 31,8 mm. A vazão empregada de
óleo (massa específica de 0,915 g/mL) foi de 380 mL/min e a vazão de metanol (massa
específica de 0,789 g/mL) com catalisador (KOH) foi de 111 mL/min (mistura de 19,4 % de
base e 80,6 % de álcool w/w). A operação ocorreu na temperatura de 60ºC, a qual foi mantida
constante, sendo considerado, portanto, um reator isotérmico.
A Figura 1 mostra um diagrama esquemático do reator a ser modelado, mostrando as
entradas e saídas, vazões e componentes envolvidos.
PFR
D = 31,8 mm
Biodiesel
V&óleo = 380 mL / min
MM óleo = 874,8 g / mol
V&MeOH + KOH = 111 mL / min
L = 33,5 m
xMeOH = 0,806
xKOH = 0,194
Figura 1: Diagrama esquemático do reator tubular a ser modelado.
2.1
Descrição do Modelo Cinético
De acordo com Komers et al. (2010), a reação química global que ocorre é a
metanólise, exemplificada pela Equação (1). As simplificações e considerações dos autores
foram: (1) a metanólise é irreversível, devido ao excesso de metanol e (2) A primeira etapa da
metanólise assim como a da hidrólise são as etapas lentas, portanto ambas limitam a taxa de
reação.
A + 3B ↔ P + 3S
(1)
onde: A = Triacilglicerol (TAG); B = Metanol; P = Glicerol e S = Ésteres metílicos
(biodiesel).
As equações diferenciais cinéticas podem ser escritas como segue (KOMERS et al,
2010):
− rA = −
−
(
)
(k
dC A
= k1' .b + k 2' .a.c
dt
dC B dC S
=
= 3.k1' .a.b.c
dt
dt
50
(k
'
1
'
2
= k 2 .C A
= k1 .C A2 0
)
)
(2)
(3)
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
onde: − rA = taxa da reação, dada por mols de reagente limite A consumido [mol/(mL.min)];
C A = concentração de reagente limite A [mol/mL]; t = tempo de reação [min]; C A0 =
concentração inicial (na entrada do reator) de reagente limite A [mol/mL]; k1' = constante
cinética da reação direta; b = concentração adimensional do reagente B em relação ao
reagente limite A inicial [ b =
CB
C A0
]; k 2' = constante cinética da reação inversa; a =
concentração adimensional do reagente limite A em relação ao reagente limite A inicial
[a =
CA
C A0
]; c = concentração adimensional do catalisador C em relação ao reagente limite
A inicial [ c =
CC
C A0
]; C B = concentração de reagente B [mol/mL]; C S = concentração de
produto S [mol/mL].
De acordo com Komers et al. (2010), os valores médios de k1 e k 2 são,
respectivamente, 1,975 (L.mol-1)2.min-1 e 0,206 L.(mol.min)-1, ambas determinadas na
temperatura de 60 °C.
2.2
Descrição da Modelagem do Processo
As relações de balanço de massa em estado estacionário para as reações dadas e
considerando uma operação contínua num PFR ideal e isotérmico, resultam na Equação 4.
dV =
N& A0
H .(1 − X A ).[k1 (M − 3. X A )(
. 1 − X A ) + k 2 (1 − X A )]
2
dX A
(4)
onde: V = volume do reator [L]; N& A0 = vazão molar de reagente A [mol/min]; X A =
conversão do reagente A [-]; H = concentração adimensional de catalisador C inicial ( C C 0 )
em relação ao reagente limite A inicial [ H =
CC 0
C A0
]; M = concentração adimensional do
reagente B inicial em relação ao reagente limite A inicial [ M =
C B0
C A0
].
A resolução da Equação (4) foi realizada numericamente com o auxílio de um códigofonte escrito em linguagem Fortran91. Os dados obtidos foram avaliados e comparados com
os valores experimentais dos autores citados, discutindo-se a possibilidade da alteração do
tipo de reator, suas implicações na indústria e na produtividade de biodiesel.
O fluxograma do algoritmo é uma forma padronizada e eficaz para representar os
passos lógicos de um determinado processo. Sua principal função é a de facilitar a
51
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visualização dos passos de um processo. O fluxograma do algoritmo utilizado neste trabalho
está exemplificado na Figura 2.
Figura 2: Fluxograma para o cálculo do modelo matemático proposto neste trabalho.
3. Resultados e Discussão
A resolução numérica pelo Fortran91 trouxe bons resultados e estes podem ser
comparados com os reatores CSTR em série do trabalho de Komers et al. (2010). A Tabela 1
resume os dados obtidos e calculados para as condições numéricas implementadas no
Fortran91, os dados cinéticos e o reator modelado (PETERSON et al., 2002) e os resultados
calculados e experimentais do trabalho de Komers et al. (2010).
52
53
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Tabela 1: Resumo dos dados numéricos para a simulação de um PRF para produção de
biodiesel.
Resolução numérica – PFR
V
XA
(-rA)
(-1/rA)
0
1,3
2,7
4,0
5,3
6,7
8,0
9,3
10,7
12,0
13,4
14,7
16,0
17,4
18,7
20,0
21,4
22,7
24,0
25,4
26,7
0,00
0,59
0,74
0,81
0,85
0,87
0,89
0,91
0,92
0,93
0,93
0,94
0,94
0,95
0,95
0,95
0,96
0,96
0,96
0,96
0,97
3563,7
246,3
62,5
24,6
12,1
6,8
4,2
2,8
1,9
1,4
1,0
0,8
0,6
0,5
0,4
0,3
0,3
0,2
0,2
0,2
0,1
0,00
0,00
0,02
0,04
0,08
0,15
0,24
0,36
0,52
0,71
0,96
1,25
1,60
2,01
2,48
3,02
3,63
4,33
5,10
5,97
6,93
CSTR (KOMERS et al., 2010)
XA
XA
(-1/rA)
(calc.)
(exp.)
Reator 1
0,51
0,8
0,51
Reator 2
0,84
2,3
0,87
Reator 3
0,93
5,1
0,94
Reator 4
0,96
8,6
0,96
(-1/rA)
0,8
3,0
6,2
9,4
Com os dados, foram contruídos três gráficos, mostrados nas Figuras 3 a 5. A Figura 3
mostra a variação da conversão de TAG ao longo do comprimento do reator. Os valores
calculados mostram que a conversão atinge um nível de 95% quando a mistura reacional
atravessou cerca de 70 % do comprimento total do reator. Isto significa que o reator poderia
apresentar um volume total menor, e, portanto, ser construído com menos material. Essa
condição ocorreria para uma conversão já considerada alta (acima de 95 %). Nesse caso, o
comprimento total seria de aproximadamente 23 m, mantendo-se o mesmo diâmetro.
53
54
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Figura 3: Variação da conversão ao longo do reator PFR simulado.
Na Figura 4 é possível observar o perfil de consumo de reagente limite A (TAG) ao
longo do cumprimento do reator, assim como o perfil de produção de éster metílico S, isto é,
o biodiesel, em termos de concentração de cada componente.
Figura 4: Variação da concentração de TAG (A) e de
biodiesel (S) ao longo do reator PFR simulado.
A Figura 5 foi construída com o propósito de mostrar que a área sob a curva é
proporcional ao volume do reator. Esse dado poderia ser utilizado para uma possível
resolução gráfica, por meio do cálculo da integral gráfica (valor da área sob a curva). Esse
caminho, porém, não foi empregado nesse trabalho. A comparação da Figura 5 com o perfil
de variação do inverso da taxa de reação em relação à conversão para a série de reatores de
Komers et al. (2010), mostrado na Figura 6, permite refutar a teoria da engenharia das reações
54
55
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
químicas de que um único reator PFR pode ter o comportamento de uma bateria de reatores
CSTR em série, em termos de conversão.
4,5
4,0
3,5
(-1/rA)
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
XA
Figura 5: Variação do inverso da taxa de reação em função
da conversão para o PFR simulado.
Figura 6: Dados experimentais do inverso da taxa de reação em função
da conversão na saída de cada reator CSTR (KOMERS et al., 2010).
Assim, discernir entre a escolha do tipo de reator, seja um PFR ou certo número de
reatores CSTR em série faz parte da análise de projeto em reatores. A comparação aqui feita
serve como estudo ilustrativo, já que foi realizada uma análise e discussão de dados a partir de
dois trabalhos distintos.
A soma dos volumes dos reatores CSTR do trabalho de Komers et al. (2010) é de
apenas 183 mL, muito diferente do reator piloto montado por Peterson et al. (2002). Os
55
56
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
primeiros autores construíram um protótipo de bancada utilizando vidrarias, já os segundos
optaram por tubulação em PVC para o reator.
As simulações executadas neste trabalho bem como a análise da literatura
anteriormente publicada sobre o assunto mostram que a produção contínua de biodiesel pode
ter aplicabilidade industrial e comercial. A adequação do modelo cinético e das condições de
operação do reator podem, ainda, ser mais bem estudadas e há um crescente número de
trabalhos e pesquisas sendo publicados nessa área.
Uma análise simplificada da quantidade produzida de biodiesel foi feita com base nas
equações de balanço e de vazões empregadas no reator PFR de Peterson et al. (2002),
considerando a integridade do reator e a conversão obtida pela simulação realizada.
A. Cálculo da concentração de saída do reagente limite A (TAG):
C A = C A0 (1 − X A )
mol
(1 − 0,97)
L
C A = 0,0243 mol / L
C A = 0,809
B. Cálculo da concentração de saída do produto S (biodiesel):
C S = 3.ζ = 3.(C A0 − C A )
C S = 3.(0,809 − 0,0243)
C S = 2,354 mol / L
C. Cálculo da vazão mássica de saída do produto S (biodiesel):
N& S = C S .V&
mol
L
N& S = 2,654
.0,491
L
min
N& S = 1,303 mol / min
m& S = 1,303
mol
g 60 min 1 kg
.293
.
.
= 23 kg / h
min
mol 1 h 1000 g
Assim, a simulação matemática realizada das condições do protótipo piloto construído
por Peterson et al. (2002) com os dados cinéticos de Komers et al. (2010) indica que o
protótipo tem a capacidade de produzir aproximadamente 460 kg de biodiesel por dia
(considerando 20 horas de operação diária), devido a sua característica de escala piloto.
56
57
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Notadamente, o emprego da simulação de processos pode ser muito útil no
desenvolvimento de processos industriais em larga escala, pois, se o modelo está bem
adequado e ajustado ao comportamento real, o cálculo pode levar a resultados confiáveis. Em
muitos casos, os valores da simulação são comparáveis aos resultados experimentais, com a
vantagem de apresentar economia de tempo e dinheiro. Esse é o objetivo maior da simulação
de processos químicos.
4. Conclusão
O biodiesel é um combustível alternativo renovável de grande interesse atual, devido a
algumas vantagens, principalmente do ponto de vista ambiental. No Brasil, a maior parte da
produção comercial ainda é executada em reatores do tipo tanque, os quais apresentam a
limitação da necessidade de paradas para limpeza e carga.
A operação de um PFR é bem mais simplificada que a operação de uma série de
reatores CSTR, além de utilizar uma menor quantidade de material de construção do próprio
reator e requerer um aporte mais reduzido de energia (agitadores e bombas). Devido a essas
facilidades, muitas aplicações dão preferência ao emprego do reator PFR frente ao reator
CSTR.
Neste trabalho, estudou-se a possibilidade de produzir biodiesel em um reator do tipo
tubular com fluxo empistonado (PFR) por meio de cálculos teóricos com dados cinéticos e de
projeto fornecidos por Komers et al (2010) e Peterson et al. (2002), respectivamente.
As análises executadas mostraram que existe a possibilidade de um processamento
contínuo de biodiesel, seja em reatores do tipo tanque agitado contínuo (CSTR) em série, seja
pelo PFR. A produção contínua de biodiesel, comparativamente à produção em batelada, pode
reduzir o custo operacional do produto, aumentando a competitividade do combustível no
mercado.
A simulação de cálculo realizada neste trabalho indicou que o protótipo pode operar
produzindo 460 kg de biodiesel por dia com uma conversão de óleo de mais de 95 %.
5. Referências Bibliográficas
BRASIL;. Lei n° 11.097, de 13 de janeiro de 2005. Dispõe sobre a introdução do
biodiesel na matriz energética brasileira; altera as leis nºs 9.478, de 6 de agosto de
1997, 9.847, de 26 de outubro de 1999 e 10.636, de 30 de dezembro de 2002; e dá
57
58
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
outras providências. Diário Oficial da União, Poder Executivo, Brasília, DF, 14 jan.
2005, p. 8.
_________ Boletim mensal dos combustíveis renováveis. Ministério de Minas e
Energia. Secretaria de Petróleo, Gás Natural e Combustíveis Renováveis.
Departamento de Combustíveis Renováveis. Edição n° 45, setembro, 2011.
DMYTRYSHYN, S. N.; et al. Synthesis and characterization of vegetable oil derived
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environmental conditions. Renew Energy. 34 (2009) 762–765.
JOHNSON, D. T., TACONI, K. A.; The glycerine glut: options for the value-added
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(2007) 338–348.
KAFUKU, G., MBARAWA, M.; Biodiesel production from Croton megalocarpus oil
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KOMERS, K., SKOPAL, F., ČEGAN, A.; Continuous biodiesel production in a
cascade of flow ideally stirred reactors. Bioresour. Technol. 101 (2010) 3772–3775.
LANG, X.; Preparation and characterization of bio-diesels from various bio-oils,
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PETERSON, C. L,; et al. Continuous flow biodiesel production. Appl. Eng. Agr. 18
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PINTO, J. C., LAGE, P. L. C.; Métodos numéricos em problemas de engenharia
química. Rio de Janeiro: E-papers, 2001, 316p.
RASHID, U. et al.; Moringa oleifera oil: a possible source of biodiesel. Bioresour
Technol. 99 (2008) 8175–8179.
SHARMA, Y. C., SINGH, B. UPADHYAY, S. N.; Advancements in development
and characterization of biodiesel: a review. Fuel. 87 (2008);87:2355–73.
59
60
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO DE SOFTWARE PARA
RECONHECIMENTO DE POSIÇÕES E GESTOS UTILIZANDO MICROSOFT
KINECT
Helder Fausto Narcizo
Hot One Comércio de Confecções Ltda.
[email protected].
Carlos Eduardo Câmara
Centro Universitário Padre Anchieta
[email protected].
RESUMO
Este artigo apresenta numa visão geral o funcionamento e as características de
hardware e software do dispositivo Microsoft Kinect, a implementação de um sistema que
através de aquisição de dados retornados deste dispositivo, reconhece posições e gestos a
partir de modelos que devem ser pré-definidos por meio de um cadastro no sistema. São
demonstradas também, algumas aplicações desse tipo de tecnologia e o nível de interatividade
que ela pode trazer num campo diferente da sua proposta original, a saúde. O estudo teve
como base uma pesquisa exploratória tendo como alvo o dispositivo e sua documentação
oficial e uma pesquisa experimental feito ao longo do desenvolvimento do protótipo de
software.
Palavras
Chaves:
Microsoft
Kinect,
Projeto
Natal,
SDK
Kinect,
interatividade,
desenvolvimento de software.
ABSTRACT
This article presents an overview of the operation and characteristics of hardware and
software of the Microsoft Kinect device, implementation of a system through acquisition of
data returned this device recognizes gestures and positions based on models that must be predefined by a registration system. Are also shown, some applications of such technology and
61
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
the level of interactivity it can bring in a different field from your original proposal, health.
The study was based on an exploratory targeting the device and its official documentation and
experimental research done throughout the development of the software prototype.
Keywords: Microsoft Kinect, Project Natal, SDK Kinect, interactivity, software
development.
1. INTRODUÇÃO
Este artigo tem por objetivo apresentar ferramentas e modelos de desenvolvimento de
um software utilizando o SDK (Software Development Kit) da Microsoft para o Kinect,
realizando testes para avaliar as suas limitações. Para isso, foi realizado um levantamento de
material bibliográfico sobre a mecânica de funcionamento das leituras e obtenção de dados
retornados pelo equipamento. Alguns estudos complementares foram realizados, como o
estudo do ambiente de programação, linguagem de programação e teoremas matemáticos,
para tornar possível a compreensão dos conceitos necessários à implementação de rotinas
capazes de reconhecer gestos e posições através deste dispositivo (Figura 1).
A Microsoft, em 2009, deu início a um projeto chamado “Project Natal”, cujo objetivo
foi desenvolver um sensor capturador de movimentos de última geração, capaz de permitir
aos jogadores/usuários interagir com jogos eletrônicos e outras aplicações, sem a necessidade
de utilizar um controle ou intermediador, servindo como acessório ao console de videogame
Xbox360, sensor denominado hoje como Microsoft Kinect (QUALLS, 2010).
Figura 1: Microsoft Kinect (Microsoft MSDN, 2012)
62
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Esta disponibilidade tecnológica proporciona o suporte necessário para o
desenvolvimento de aplicações voltadas à área de realidade virtual aumentada, onde objetos
reais interagem com objetos virtuais, portadora de várias características apresentadas como
inovadoras até então.
Pretendeu-se desenvolver um protótipo de software para o dispositivo Microsoft
Kinect,que auxiliasse no estudo e na avaliação de um exercício motor a fim de reconhecer a
atividade humana na forma de movimentos identificando posições e gestos das articulações,
segundo os passos:
•
Cadastro das posições;
•
Cadastro dos gestos;
•
Cadastro de exercícios;
•
Reconhecimento do esqueleto;
•
Reconhecimento das posições;
•
Reconhecimento dos gestos;
•
Reconhecimento dos exercícios.
Diversas atividades de interação com o usuário podem ser realizadas com o uso de
tecnologias de reconhecimento de movimentos, possibilitando inúmeras utilidades, como por
exemplo, na área da saúde.
Segundo UNICID (2012), a clínica de fisioterapia da própria universidade, já utiliza
no tratamento de doenças como Acidente Vascular Cerebral (AVC), paralisias, e lesões
musculoesqueléticas esse tipo de tecnologia, com resultados cada vez mais satisfatórios na
melhora dos tratamentos de reabilitação dos pacientes utilizando jogos.
Em 2011, GÓMEZ publicou um artigo fundamentado na utilização de um sistema
chamado eBaViR baseado no dispositivo do console Wii, denominado Wii Balance Board,
com o objetivo de auxiliar pacientes com problemas de distúrbios motores, que apresentaram
melhoras significativas no equilíbrio através de exercícios de motivação e adaptação.
AMARATI (2012) em um de seus projetos em Jundiaí, o projeto Wii Reabilitação,
utiliza o console Wii, que através de jogos e desafios gerados, estimula a atividade cerebral,
fortalece a musculatura, facilitando o indivíduo a recuperar seus movimentos e aumentar sua
capacidade de concentração e equilíbrio.
Foi observado que o uso destas tecnologias e a utilização de jogos, não retornam
informações sobre o desempenho ou as respostas dos movimentos realizados pelos usuários.
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Talvez o comportamento durante a realização dos movimentos de interação seja correto para
os jogos, mas não para avaliação da capacidade motora dos pacientes. Percebeu-se então a
necessidade do desenvolvimento de um software mais específico que retorne informações
técnicas com a finalidade de auxiliar profissionais que as avaliam. E o dispositivo Kinect
facilita a interação, uma vez que ele não necessita de controle ou um intermediador, pensou-se
numa forma de permitir esta avaliação automática entre o previsto e o realizado pelo usuário.
2. O DISPOSITIVO MICROSOFT KINECT
O dispositivo Microsoft Kinect dispõe de uma arquitetura bem projetada, sendo capaz
de capturar e processar dados, a fim de realizar o reconhecimento de objetos e pessoas.
2.1. Arquitetura física
Emissor do
infravermelho Câmera RGB
Sensor do
Motor de
infravermelho
angulação
Matriz de microfones
Figura 2: Microsoft Kinect por dentro (Microsoft MSDN, 2012)
Segundo a Microsoft (Microsoft MSDN, 2012), o dispositivo Microsoft Kinect
contém, como na Figura 2:
• Uma câmera RGB que captura imagens coloridas em uma resolução de no
máximo 1280x960.
• Um emissor de infravermelhos (IR) e um sensor de profundidade IR. O
emissor emite feixes de luz infravermelha e o sensor de profundidade lê estes
feixes de luz infravermelha que são refletidos de volta para o sensor. Os feixes
refletidos são convertidos em informação de profundidade que realiza a
medição da distância entre o objeto e o sensor, possibilitando a captura de uma
imagem de profundidade dos objetos.
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• Uma matriz de entrada de áudio, contendo quatro microfones para captura do
som.
• Um motor de inclinação que suporta um alcance adicional de +\- 27 graus, o
que aumenta consideravelmente o espaço para interação à frente do sensor,
como representado na Figura 3.
Figura 3: Inclinação do sensor (Microsoft MSDN, 2012)
2.2. Diferenças entre Kinect for Xbox 360 e Kinect for Windows
Segundo a Microsoft, o sensor Kinect para Windows foi totalmente testado e com
suporte no Windows e com adicional do recurso "Near Mode" e melhoramentos ao
rastreamento esquelético, API e conexão USB. O sensor para Windows foi concebido
especificamente para ser utilizado com os computadores, e inclui um cabo USB encurtado. O
Kinect para Xbox 360 foi construído e testado apenas com o Xbox 360, e não com qualquer
outra plataforma, e com isso não está licenciado para uso comercial, suporte, ou garantia,
quando utilizado em qualquer outra plataforma.
A Microsoft tem uma grande equipe de engenheiros que se dedica a melhoria contínua
do hardware e do software associado ao Kinect para Windows, e está empenhada em fornecer
acesso contínuo ao grande investimento no rastreamento humano e reconhecimento de voz.
2.3. Funcionalidades do Microsoft Software Development Kit (SDK):
De acordo com a Microsoft (Microsoft MSDN, 2012), as funcionalidades suportadas
pelo SDK são:
65
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•
Rastreamento esquelético.
•
Determinação da distância entre um objeto e o sensor usando dados de
profundidade.
•
Captação do áudio e a localização de sua fonte.
•
Motor de reconhecimento de voz permitindo o uso de uma gramática programada.
2.4. Requisitos mínimos de sistema
Segundo a Microsoft (Microsoft MSDN, 2012), os requisitos necessários pelo sistema
exigem uma configuração mínima de hardware e software para ser executado, pois o
processamento de cada aplicação consome uma quantidade de recursos. Não diferente, o SDK
fornecido pela Microsoft também exige recursos mínimos de hardware e software para ser
executado:
Sistemas operacionais
• Windows 7 / Windows 8 (x86/x64)
Hardware
• Processador Dual-core de 2,66 GHz ou mais rápido
• Barramento USB 2,0 dedicado ao Kinect
• 2 GB de RAM
• Placa de vídeo compatível com DirectX 9.0c
• Sensor Microsoft Kinect
Software
• Microsoft Visual Studio 2010 Express ou outra edição do Visual Studio 2010
(apenas para o desenvolvimento da aplicação)
• .NET Framework 4
2.5. Arquitetura lógica
Para entender melhor o funcionamento do dispositivo Kinect, a Figura 4 contém uma
ilustração da arquitetura lógica e um pouco das características de seus componentes.
66
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Figura 4: Arquitetura entre Hardware e Software (Microsoft MSDN, 2012)
De acordo com a Microsoft (Microsoft MSDN, 2012), estes componentes incluem:
1. Hardware Kinect - os componentes de hardware, incluindo o Kinect e o conector
USB no qual o sensor está ligado ao computador.
2. Drivers do Kinect - são instalados no processo de instalação do SDK.
• O microfone do Kinect permanece como um dispositivo de áudio em modo
kernel que pode ser acessado por meio de APIs de áudio do Windows;
• Controles de streamings de áudio e vídeo (profundidade, vídeo de cor e do
esqueleto);
• Funções de enumeração do dispositivo que permitem que um aplicativo use
mais de um Kinect.
3. Componentes de Áudio e Vídeo - Rastreamento do esqueleto, áudio, imagens de
vídeo e profundidade.
4. DirectX Media Object (DMO) - Faz a formação de feixe e da localização da fonte
de áudio.
5. APIs do Windows - SDK do Windows e do Microsoft Speech.
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
3.1. Base matemática
O reconhecimento de posições e gestos exige que sejam realizados cálculos
trigonométricos com os dados de determinados pontos do corpo humano, capturados através
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
do dispositivo. Esses cálculos são necessários para obter resultados que comprovem se o
usuário encontrava-se na posição desejada em um determinado momento, ou se o mesmo
realizou um gesto correto ou próximo do esperado (ambos estabelecidos pelo sistema por
meio de comparações com um cadastro realizado anteriormente).
3.2. Base técnica de desenvolvimento
Para alcançar o objetivo da proposta, o software desenvolvido necessitou do uso de
diversos tipos de classes, métodos, eventos e propriedades, cada qual com sua importância e
finalidade, disponibilizadas no SDK fornecido pela Microsoft. Para isso, foram aplicados
conhecimentos teóricos e práticos adquiridos em MICROSOFT MSDN (2012), CHANNEL9
(2012) e I-PROGRAMMER (2012), onde os mesmos disponibilizam conceitos e exemplos.
Pode ser citado o projeto KinectDTW (2011), onde uma ideia parcial foi aproveitada para o
atual desenvolvimento. Tal projeto, de maneira simplificada, reconhece gestos previamente
cadastrados comparando posteriormente com movimentos do usuário, porém não de modo
detalhado.
Fornecido pela Microsoft, o gerenciador de execução e recursos do Kinect são
responsáveis pela comunicação, recepção e processamento de dados enviados por tal, que por
sua vez são mapeados pelo SDK, resultando em informação na forma de fluxo de dados, como
cor (ColorImageFrame), profundidade (DepthImageFrame), áudio (AudioSource) (que não
entra no escopo desse artigo) e rastreamento esquelético dos usuários (SkeletonFrame). O
acesso a essas informações em ambiente de desenvolvimento torna a criação da aplicação
muito mais simples, dando aos programadores apenas a responsabilidade de focar na lógica
objeto do desenvolvimento.
A seguir serão mostrados alguns passos para capturar qualquer tipo de fluxo de dados
transmitido pelo Kinect, esses exemplos foram desenvolvidos utilizando a linguagem C# com
amparo da ferramenta Visual Studio.
•
Declarar o sensor Kinect.
•
Capturar um sensor disponível, no caso fixou-se o primeiro (0).
•
Habilitar os fluxos a serem manipulados.
68
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•
Iniciar o dispositivo.
Fluxo de cor
O fluxo das imagens de cor está disponível em dois formatos de dados, RGB e YUV,
onde no padrão RGB se utiliza 32 bits de dados e opera nas resoluções de 1280x960 em 30
FPS (Frames Por Segundo), 640x480 em 30 FPS ou 640x480 em 15 FPS. Já no padrão YUV,
se utiliza 16 bits de dados operando na resolução de 640X480 em 15 FPS.
Abaixo segue o código para registrar o evento, disparado toda vez que uma imagem
está pronta e sua implementação.
•
Como habilitar o evento:
•
Como implementar:
O método OpenColorImageFrame, disponível no SDK, acessa os dados da imagem
retornados pelo sensor, que quando disponível, armazena-os na variável “colorPixels” na
forma de bytes.
Fluxo de profundidade
O fluxo das imagens de profundidade está disponível em três resoluções: 640x480 (o
padrão), 320x240 e 80x60, cada pixel contém a distância em milímetros entre o dispositivo e
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o objeto, representados em 2 bytes que são divididos em dois tipos de informação: 13 bits
representam os dados de profundidade e 3 bits representam os dados do usuário.
O código necessário para manipular esse fluxo é muito parecido com o do fluxo de
cor, porém com algumas particularidades é apresentado a seguir:
•
Como habilitar o evento:
•
Como implementar:
O método OpenDepthImageFrame, disponível no SDK, acessa os dados da imagem
que são retornados pelo sensor disponível na variável “depthPixels”, onde são armazenadas as
informações da imagem de profundidade, e utiliza o tipo de dados “short”.
Rastreamento esquelético
O sensor com o SDK é capaz de reconhecer até seis usuários. Destes seis, até dois
podem ser mapeados em detalhes, conhecendo as posições de suas articulações e
acompanhando seus movimentos, conforme representado na Figura 5.
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Figura 5: Kinect reconhece até 6 pessoas (Microsoft SDK, 2012)
Os demais usuários estabelecem um estado mapeado como “posição somente”
contendo informações de sua posição, porém não mapeia suas articulações. Já um esqueleto
mapeado em detalhes fornece a informação completa sobre a sua posição e também a posição
das 20 articulações que o sensor é capaz de identificar. Na Figura 6, uma ilustração dos
pontos e seus nomes de acesso.
Figura 6: Mapa das articulações identificadas pelo SDK (Microsoft SDK, 2012)
O rastreamento esquelético trabalha em dois modos, o modo “padrão” que reconhece
20 articulações e o modo “sentado” que reconhece 10 articulações como demonstrado na
figura 7.
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Figura 7: Modos de Rastreamento (Microsoft MSDN, 2012).
Cada articulação tem informações de coordenadas referentes à posição que está à
frente do dispositivo, os eixos X e Y são números entre -1 e 1 e o eixo Z é à distância em
metros em que a articulação está do dispositivo.
Sensor
Figura 8: Representação de eixos de uma articulação (Microsoft MSDN, 2012).
O código necessário para manipular os dados do esqueleto é um pouco mais complexo
devido trabalhar com diversas classes e dados. Por exemplo, as coordenadas das posições dos
corpos e suas articulações.
Segue o código para registrar o evento e sua forma de implementação, para manipular
esses tipos dados:
•
Declaração global para armazenar todos os esqueletos capturados:
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•
Como habilitar o evento:
•
Como implementar:
O método OpenSkeletonFrame disponível no SDK, acessa os dados de todos
esqueletos reconhecidos que são retornados pelo sensor disponível na variável
“skeletonData”, onde são armazenadas as informações do esqueleto tanto quanto de suas
articulações.
4. DESENVOLVIMENTO
4.1. Ferramentas utilizadas
Para construção do aplicativo proposto no tema deste artigo, foi necessária a utilização
de ferramentas que possibilitassem a extração, manipulação, armazenamento e apresentação
dos dados fornecidos pelo dispositivo Microsoft Kinect.
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Rotinas foram implementadas para a extração desses dados, para isto, foram usadas
classes, métodos, eventos e propriedades presentes no SDK (Kinect for Windows 1.5)
fornecido pela Microsoft.
Assim como a extração, a manipulação e apresentação desses dados ocorreram com o
amparo da IDE do Visual Studio versão 2010, que proveu boas funcionalidades auxiliando a
codificação em linguagem de programação C# (lê-se C Sharp) e Framework .Net 4.0.
Para utilização posterior, foi preciso realizar o armazenamento dos dados, aplicando os
recursos da ferramenta SQL Server versão 2012.
4.2. Implementação
Depois de definidos os objetivos, tecnologia, ferramentas e requisitos, deu-se inicio à
etapa de implementação, ou seja, etapa prática de desenvolvimento da proposta, sendo
composta por “estratégia de armazenamento” (Banco de Dados) e “arquitetura de software”
(Software).
Banco de Dados
As tabelas da base foram projetadas e criadas levando em consideração a integridade
de seus dados juntamente com sua normalização, resultando em maior segurança e
desempenho das rotinas que a consomem, tornando possível sua restauração.
A seguir na figura 9 é representado o diagrama de entidade relacionamento, que
evidencia a estratégia utilizada de como os dados são divididos e armazenados:
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Figura 9: Diagrama de entidade relacionamento desenvolvido
Funções e finalidades de cada tabela presente no diagrama:
•
Articulacao – representa dados das articulações que o SDK é capaz de reconhecer,
tornando-os compatíveis para a aplicação com os retornados pelo sensor.
•
Posicao – Guarda a identificação da posição.
•
Posicao_Item – Armazena todos os itens da posição, ou seja, todas as articulações
que uma posição possui.
•
Posicao_Tipo – Possui informação que determina se o registro da tabela
Posicao_Item é uma relação de intersecção ou angulação entre dois
pontos(articulação).
•
Gesto – Armazena a identificação do gesto e pontos de referências.
•
Gesto_Item - Contém todos os itens do gesto, ou seja, todas as articulações e seus
pontos de referencia que um gesto possui.
•
Exercicio – Registra a identificação de um exercício.
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
•
Exercicio_Item – Registra dados de todas as etapas para realização de um
exercício, em forma de sequencia de posições, gestos ou os dois tipos intercalados.
Software
Com objetivo de obter maior organização e desempenho da aplicação, foram utilizados
conceitos importantes e pertinentes de orientação a objetos, arquitetura de software,
reutilização de componentes e padrões de nomenclaturas.
Na Figura 10, é demonstrado o mapa de navegação do sistema desenvolvido.
Figura 10: Mapa do sistema
Formulário Principal
Responsável por disponibilizar o acesso a todas as outras telas do sistema em forma de
menu e controlar a exibição do status do sensor Kinect para o usuário (Figura 11).
Figura 11: Formulário Principal
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Formulário Posição
Possui funções de cadastro de posições a serem reconhecidas posteriormente (Figura
12).
Figura 12: Formulário cadastro de uma posição
1. Descrição da posição;
2. Tolerância em graus quando selecionado o tipo “ângulo” e pontos para tipo “em
cima”;
3. Lista das posições combinadas entre duas articulações que compõe a posição final;
4. Lista de articulações de origem ou ponto de referência para o ponto de destino;
5. Lista de articulações de destino;
6. Habilita a pré-visualização (item 11);
7. Recebe o valor “em cima” quando uma articulação está sobreposta à outra ou
“ângulo” quando uma articulação destino precisa estar sobre um ângulo da
articulação origem;
8. Quando selecionado “ângulo” no item 7, insere o ângulo;
9. Adiciona item a lista (item 3);
10. Remover item da lista (item 3);
11. Ilustração da posição que irá ser cadastrada com todos os itens que foram
adicionados na lista, onde os riscos em vermelho são os itens selecionados da lista,
verdes são os validados e amarelos são os da pré-visualização (item 6);
12. Cancela o cadastro da posição;
13. Salvar posição.
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Formulário Gesto
Possui funções de cadastro de gestos a serem reconhecidas posteriormente (Figura 13).
Figura 13: Formulário de cadastro do gesto
1. Descrição do gesto;
2. Lista das articulações que conterá o gesto que irão ser mapeados;
3. Lista de articulações reconhecidas;
4. Adicionar articulação selecionada no (item 3) a lista (item 2);
5. Remover articulação do (item 2);
6. Quantidade de quadros que conterá o modelo padrão;
7. Tempo em segundos que o processo de captura irá utilizar para capturar todos os
quadros (item 6);
8. Tolerância em graus;
9. Tempo mínimo para reconhecimento de um gesto;
10. Tempo máximo para reconhecimento de um gesto;
11. Dimensões que serão consideradas para que um gesto seja reconhecido;
12. Tempo restante para terminar o processo de captura dos quadros;
13. Quantidade de quadros capturados;
14. Ponto de referência para o modelo padrão;
15. Vídeo que demonstra as articulações a serem consideradas a para o
reconhecimento do gesto que está em destaque com pontos de cor vermelha;
16. Cancela cadastro do gesto;
17. Inicia processo de captura;
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18. Salva captura realizada.
Formulário Exercício
Possui funções de cadastro de exercícios a serem reconhecidas posteriormente (Figura
14).
Figura 14: Formulário cadastro do exercício
1. Descrição do exercício;
2. Observação;
3. Seleção de uma etapa do exercício que poderá ser do tipo “posição” ou “gesto”;
4. Adicionar a lista de etapas do exercício (item 5);
5. Lista das etapas do exercício;
6. Apagar uma etapa da lista (item 5);
7. Cancelar o cadastro do exercício;
8. Salvar o exercício.
Formulário Execução de Exercício
Esse tipo de formulário possui funções para o reconhecimento das posições e gestos
realizados pelo usuário comparando-os com as posições e gestos previamente cadastros pelo
modelo padrão (Figura 15). É importante ressaltar que enquanto o usuário não finaliza uma
etapa do exercício não passará para a próxima etapa.
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Figura 15: Formulário execução do exercício
1. Lista com os exercícios previamente cadastrados;
2. Lista com as etapas do exercício selecionado (item 1);
3. Lista com articulações envolvidas de uma etapa selecionada (item 2);
4. Tarja que exibe a identificação de uma posição ou gesto reconhecido a partir do
modelo padrão;
5. Lista dos usuários identificados no ambiente.
Formulário Configuração
Responsável por configurar o dispositivo para uma boa execução durante o uso da
aplicação (Figura 16).
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Figura 16: Formulário de Configuração
1. Configura o motor de inclinação no ângulo em que melhor aproveita o espaço para
interação na frente do sensor;
2. Efetiva o ângulo escolhido em (item 1) passando o comando para o dispositivo;
3. Lista com as configurações de vídeo suportadas pelo dispositivo;
4. Lista com as configurações da resolução de resposta para o mapa das
profundidades dos objetos;
5. Salva configurações selecionadas;
6. Cancela edição das configurações.
Geral
Para permitir a visualização das classes que compõem o sistema com seus respectivos
métodos, propriedades e atributos é demonstrado na figura 17 o diagrama de classes.
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Figura 17: Diagrama de Classes
4.3. Teste
Testes foram desenvolvidos e aplicados singularmente durante o desenvolvimento do
software.. Baseando-se nos resultados dos mesmos, correções eram realizadas, quando
necessária, colaborando com a qualidade final do sistema.
Primeiramente, é realizado um cadastro de posições ou gestos descrevendo como deve
postar-se diante do dispositivo referindo à descrição, tolerância, angulação e os demais itens
do cadastro para as posições ou gestos desejados.
O segundo passo é a criação dos exercícios, onde são vinculados às posições e gestos
cadastrados anteriormente, criando uma série de etapas a serem executadas pelo usuário.
Após as definições dos exercícios, são listados todos os itens da série que o usuário
deverá executar. O sistema ficará aguardando o usuário realizar a etapa até o mesmo
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conseguir realizar a posição ou gesto corretamente com a tolerância de erros estipulada
anteriormente mediante cadastro.
A figura 18 apresenta um diagrama de Caso de Uso que mostra as funcionalidades do
sistema do ponto de vista do usuário.
Figura 18: Diagrama de Caso de Uso
Os testes foram aplicados com quatro pessoas de faixas etárias e tamanhos diferentes,
e o software conseguiu reconhecer permitindo a mesma sequência de exercício para todos.
O exercício realizado foi uma série contendo uma posição, um gesto e para finalizar
outra posição, onde detalharei a seguir.
A primeira etapa, a posição consistia em:
a) A “mão direita” deveria estar sobre um ângulo de 0º do ponto de referência
“ombro direito”;
b) A “mão esquerda” deveria estar sobre um ângulo de 90º do ponto de referência
“ombro esquerdo”.
A segunda etapa, o gesto consistia em:
a) A “mão direita” passaria da direita para esquerda em no mínimo 1 segundo e
no máximo 3 segundos.
A terceira etapa e ultima posição consistia em:
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
a) O “pé esquerdo” deveria estar sobre um ângulo de 250º do ponto de referência
“quadril”.
5. CONCLUSÃO
O sistema de informação nos permite uma interação do homem com a máquina. É por
meio do dispositivo Microsoft Kinect que a manipulação por meios específicos supre a
necessidade dos processos de diversas áreas, que busca mapear, agilizar, e garantir a eficácia
de diversos segmentos.
Atualmente, o Kinect é visto como entretenimento através de jogos, mas esse
dispositivo é capaz de fornecer mais utilidades como é o caso do Hospital Evangélico de
Londrina (TABORDA, 2012), que auxilia os profissionais de saúde no centro cirúrgico,
através de comandos realizados pelo próprio profissional permitindo visualizar regiões com
mais agilidade e precisão.
A proposta do software desenvolvido ao longo de todo o trabalho é a comunicação de
diversas áreas com a área da tecnologia da informação. O estudo inicialmente foi focado em
artigos da área, buscando informações sobre uso de consoles de games prontos e como eram
utilizados em treinamentos. Assim, a ideia apresentada é uma ferramenta que permite montar
ou elaborar uma serie de movimentos através de um cadastro e, como resposta avaliar se os
momentos realizados pelo usuário são equivalentes e, principalmente, se são realizados dentro
de uma margem de erro suportável. Dessa forma, surge a necessidade de buscar as limitações
do SDK e estudar métodos e maneiras de programar estas avaliações, talvez de forma
automática. Foi então que percebeu-se a existência desta possibilidade e trabalhou-se em um
programa, desenvolvido neste SDK que pode trazer respostas interessantes e com certa
precisão. Por isso, pensou-se em aplicações principalmente para profissionais da área de
saúde. Para isso, foram necessárias pesquisas e conhecimentos técnicos a fim de manipular os
dados coletados desenvolvendo um software capaz de apresentar informações corretas e
precisas de forma a permitir uma avaliação mais segura dos resultados.
A aplicação desenvolvida é capaz de executar todas as operações correspondentes à
proposta inicial - reconhecimento de posições e gestos utilizando Microsoft Kinect, porém não
de forma extremamente precisa. Esse aprofundamento requer uma maior demanda de tempo
em estudos e um conhecimento mais profundo na manipulação de certos dados, essencial para
futuros trabalhos que pretendam evoluir e aperfeiçoar o projeto para darem continuidade à
proposta.
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O uso deste dispositivo facilita o reconhecimento de objetos em um ambiente
permitindo que através de manipulação dos dados retornados reconheça variações no
ambiente. Atualmente, existe uma deficiência desse tipo de software por tratar-se de uma
tecnologia nova e o seu principal uso ser em jogos.
A utilização dessa forma de sistema facilitaria a precisão de profissionais da área da
saúde permitindo o uso de uma ferramenta que complementa a aplicação com a automação do
reconhecimento da qualidade e maior precisão dos movimentos e exercícios possibilitando a
execução dos mesmos sem a presença de um profissional o tempo todo, mas sim a sua
supervisão nas tarefas desenvolvidas previamente cadastradas pelo mesmo. O sistema permite
que não seja possível a continuidade da sequencia sem que o movimento cadastrado seja
realizado de forma correta. Para o profissional, o maior ganho com o uso do disposto é a
divisão com o tempo nas sessões, podendo supervisionar mais de um paciente em um mesmo
momento. Já para o paciente é a interatividade deixando que seus exercícios sejam repetitivos
e monótonos, e claro, se o paciente possuir o mesmo dispositivo em casa, poderia realizar
mais séries ao longo da semana reduzindo o tempo de reabilitação gerando maiores
expectativas e resultados positivos em seu tratamento.
Portanto, foi compensador explorar essa tecnologia com pesquisas, métodos e técnicas
a fim de aperfeiçoar processos em ambientes criativos e inovadores, possibilitando soluções
de problemas e agregando valor ao mercado.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AMARATI, Associação de Educação Terapêutica para Portadores de Lesões Neurológicos.
Disponível em http://www.amarati.org.br/site_novo/, acesso em 04/11/2012.
CHANNEL9.
Kinect
for
Windows
Quickstart
Series.
Disponível
<http://channel9.msdn.com/Series/KinectQuickstart>, acesso em 02/02/2012.
em
GÓMEZ GIL, Journal of Neuroengineering and Rehabilitation - Effectiveness of a Wii
balance board-based system (eBaViR) for balance rehabilitation: a pilot randomized clinical
trial
in
patients
with
acquired
brain
injury
(2011).
Disponível
em
<http://www.jneuroengrehab.com/content/8/1/30>, acesso em 24/03/2012.
I-PROGRAMMER. Practical Windows Kinect In C#. Disponível em <http://www.iprogrammer.info/ebooks/practical-windows-kinect-in-c/3738-introduction-to-kinect.html>,
acesso em 04/11/2012.
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KinectDTW, Project Kinect SDK Dynamic Time Warping (DTW) Gesture Recognition.
Disponível em http://kinectdtw.codeplex.com/, acesso em 04/11/2012.
MICROSOFT MSDN, Biblioteca MSDN Kinect for Windows SDK. Disponível em
<http://msdn.microsoft.com/en-us/library/hh855347>, acesso em 10/09/2012.
MICROSOFT, Kinect For Windows. Disponível em <http://www.microsoft.com/enus/kinectforwindows/develop/resources.aspx>, acesso em 01/02/2012.
QUALLS Eric, About.com Guide, Microsoft project natal fact sheet. Disponível em
http://xbox.about.com/od/news/a/natalfactsheet.htm, acesso em 10/09/2012.
TABORDA Cauã, da revista info, Hospital brasileiro usa Kinect para fazer cirurgias.
Disponível em http://exame.abril.com.br/tecnologia/noticias/hospital-brasileiro-usa-kinectpara-fazer-cirurgias, acesso em 04/11/2012.
UNICID Universidade Cidade de São Paulo – Xbox Kinect é utilizado para reabilitação na
fisioterapia.
Disponível
em
<http://www.unicid.br/cgi/cgilua.exe/sys/start.htm?infoid=3183&query=simple&search_by_f
ield=tax&sid=130&text=kinect>, acesso em 12/03/2012.
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ESTUDO DE UM PROJETO PARA PRODUÇÃO DE AMACIANTE DE
ROUPAS A BASE DE CLORETO DE DI (CETIL – ESTEARIL) DIMETIL AMÔNIO
COM ARNICA
Paula Yole Pacheco
Centro Universitário Padre Anchieta
[email protected]
Fernanda Palladino
Centro Universitário Padre Anchieta
[email protected]
RESUMO
Com o avanço da tecnologia, o uso do amaciante aumentou consideravelmente, pois
a utilização das máquinas de lavar e secar roupas realizam uma fricção mecânica muito alta
que causa o emaranhamento da fibra. A função do amaciante é ser adsorvido pela fibra do
tecido, formando um filme protetor lubrificante, o que propicia uma sensação de maciez ao
tecido. O objetivo deste trabalho foi estudar a viabilidade do processo de produção do
amaciante a base de cloreto de di(cetil-estearil) dimetil amônio com arnica. Foram
desenvolvidas quatro metodologias de formulação: duas de amaciante comum, uma com meio
dispersivo a temperatura de 30°C e outra a 32°C e duas de amaciante com arnica, sob as
mesmas condições de meios dispersivos, a 30°C e a 32°C. Para verificar se este novo produto
teria as mesmas características físico-químicas exigidas pela legislação brasileira, foram
realizados testes analíticos de controle de qualidade sendo eles: pH, viscosidade e teor de
ativo presente no amaciante. Os resultados dessas análises comprovaram que a variação de
temperatura do meio dispersivo foi o fator responsável por alterar a qualidade do produto
final, pois em temperaturas inferiores, houve formação de grumos, proveniente do aumento de
material particulado na água. Foram analisados os custos de processo e de projeto e concluiuse que este projeto é viável de ser implementado em uma indústria química.
Palavras Chaves: arnica montana, amaciante, surfactante, tensoativo.
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ABSTRACT
With the advancement of technology, the use of fabric softener began to grow, as the
use of washing machines and dryers perform a very high mechanical friction that causes the
fiber entanglement. The function of the softener is to be adsorbed by the fiber of the tissue,
forming a protective film lubricant, which provides a feeling of softness to tissue. The
objective of this work was to study the feasibility of the production process of softening using
chloride di (cetyl-stearyl) dimethyl ammonium with arnica. Four methods of formulation were
developed: two common softener, a dispersive medium with a temperature of 30 ° C and
another at 32 ° C and two softener with arnica, with the same dispersive conditions, at 30 ° C
and another at 32 ° C. To verify that this new product would have the same physical and
chemical characteristics required by Brazilian law, analytical quality control tests were
performed: pH, viscosity and content of the softener active present. The results of these
analyzes showed that the temperature variation of the dispersive medium is the factor
responsible for changing the quality of the final product, because at lower temperatures, the
formation of lumps from the increase of particulate matter in the water. Were analyzed the
process and the project costs and was concluded that this project is feasible to be implemented
in a chemical plant.
Key Words: arnica montana, softener, surfactant, surfactant.
1. INTRODUÇÃO
O amaciante têxtil foi desenvolvido em 1949, por uma empresa norte americana
chamada Armour, que era uma fabricante de carne enlatada e possuía, como produto
secundário, sebo, matéria-prima com aplicação industrial no processo de fabricação de
surfactantes (Erhan, 2005).
Os surfactantes possuem moléculas anfifílicas, ou seja, são moléculas hidrofóbicas
(moléculas polares que interagem fortemente com a água). A parte apolar é composta por uma
cadeia alquílica e a polar é iônica (pode ser aniônica ou catiônica), não iônica ou anfótera.
Este trabalho terá foco nos surfactantes catiônicos, já que a base escolhida é o cloreto de di
(cetil – estearil) dimetil amônio.
O objetivo do surfactante ser constituído por partes hidrofóbicas e hidrofílicas é a
atuação do mesmo em fluidos de diferentes polaridades, ou seja, ele será capaz de solubilizar
88
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
tanto substâncias polares como substâncias apolares, pois haverá a formação de um filme
entre as interfaces (polares e apolares) capaz de reduzir as tensões superficiais e interfaciais,
característica específica dos surfactantes. As maiores aplicações destes produtos se
concentram nas indústrias de produtos de limpeza, petrolífera, alimentícia e de higiene
pessoal (Nitschke e Pastore, 2002)
Pesquisas comprovam que os amaciantes são produtos indispensáveis na limpeza,
saúde e higiene. Segundo uma pesquisa realizada pela ABIPLA (Associação Brasileira de
Produtos de Limpeza e Afins), 81% dos lares brasileiros utilizam o amaciante (ABIPLA ).
Com o avanço da tecnologia, o uso do amaciante aumentou consideravelmente, pois
a utilização das máquinas de lavar e secar roupas realizam uma fricção mecânica muito alta
que causa o emaranhamento da fibra. A função do amaciante a base de quaternário de amônio
é ser adsorvido pela fibra do tecido, formando um filme protetor lubrificante, o que propicia
uma sensação de maciez ao tecido.
O cloreto de di (cetil – estearil) dimetil amônio é o tensoativo mais comumente
utilizado, e sua concentração varia de acordo com a especificação do produto, sendo de 5 7% nos produtos premium, 3 - 4% nos produtos intermediários e de 1 – 2% nos produtos
populares (Sanctis, 2004).
A incorporação de um fitoterápico em um produto comumente utilizado nos lares
brasileiros trará benefícios à saúde da população brasileira, pois a arnica é conhecida pela suas
propriedades naturais anti-inflamatórias, que auxiliam na melhor circulação do sangue no
corpo (Lopes, 2001). A fixação das moléculas do produto na fibra do tecido, em contato com
a pele, tem ação anti-inflamatória, capaz de atuar na melhora da circulação sanguínea no local
de contato da fibra com a pele.
2. ARNICA MONTANA
A Arnica montana é um vegetal da família Asteraceae (mesma família do Girassol)
utilizada pela fitoterapia. Suas propriedades fitoterápicas permitem que seus princípios ativos
(lactonas, sesquiterpênicas, flavonóides, carotenóides, óleo essencial, ácido fenilcarboxilico)
gerem efeitos anti-inflamatórios e cicatrizantes (em lesões superficiais) (Alfredo e Anaruma,
2008).
89
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Devido a uma combinação de propriedades analgésicas e anti-inflamatórias, a arnica
é utilizada em tratamentos para contusões, distensões musculares, clarear edemas e
hematomas, cicatrização de ferimentos e circulação sanguínea.
A vantagem quanto ao uso dessa planta a medicamentos comuns da medicina usados
para essas finalidades é que ela é um produto natural, ou seja, possui credibilidade por não ser
um produto formulado quimicamente e por não ser nocivo ao organismo humano.
É importante salientar que o uso da arnica se restringe a uso utópico, pois não pode
ser utilizada via oral, pois é hepatotóxica, ou seja, prejudicial às funções do fígado) (Lopes,
2005).
3. TENSOATIVO
Os tensoativos são substâncias anfifílicas, ou seja, possuem em sua composição uma
estrutura na qual parte da molécula é hidrofílica (solúveis em água) e a outra parte é lipofílica
(solúvel em lipídios e não em água, usualmente conhecida como hidrofóbica) (Pedro R, jun
2012).
Essa parte da molécula denominada como hidrofílica tem em sua composição um
grupamento polar, tais como grupos carboxilato, sulfato, sulfonato, quaternário de amônio,
betaínicos ou cadeias polioxietilênicas Por sua vez, o grupo hidrofóbico é o grupamento
apolar do composto e é constituído de cadeias de hidrocarbonetos alifáticos ou aromáticos,
cujo qual possui afinidade de se solubilizar em outras substâncias apolares. A partir desses
grupamentos polares e apolares, podem-se obter diversos tipos de tensoativos (com diferentes
proporções de partes hidrofílicas e hidrofóbicas).
A principal função dos tensoativos é modificar as tensões superficial e interfacial do
fluido e é a partir da finalidade (utilização, estrutura química e propriedades físicas) de uso
que essas substâncias são classificadas.
A classificação quanto aplicação ou função divide os tensoativos nos seguintes
grupos: emulsionantes, detergentes, agentes espumantes ou antiespumantes, agentes
condicionadores,
antiestáticos,
bactericidas,
umectantes,
emolientes,
dispersantes
e
solubilizantes (Pedro, jun 2012).
Essa classificação é feita a partir da propriedade de maior destaque que um produto
possui, ou seja, se a principal função de um produto é evitar a formação de espuma, este
tensoativo é classificado como antiespumante.
90
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Uma segunda classificação dos agentes tensoativos é feita baseando-se no caráter
iônico de sua porção polar. Desta forma, os tensoativos podem ser classificados como:
aniônicos, catiônicos, anfotéricos e não-iônicos.
3.1. Tensoativos e o Século XX.
Entre 1920 e 1930, houve nos nos Estados Unidos o desenvolvimento dos alquilaril
sulfonatos de cadeias longas, principais agentes de limpeza da época (Meyers, 1988).
Naquela época, a indústria química passou por um intenso desenvolvimento , o que
impulsionou o surgimento de novos processos e matérias-primas. A partir deste contexto
histórico, ocorreram maiores investimentos nos processos de fabricação de tensoativos.
Como a disponibilidade de matérias-primas era um fator limitante ao crescimento do
mercado industrial, o processo era restringido por fatores como: dificuldade de
processamento, logística de produção e distribuição e prazo de validade baixo (Meyers, 1988).
Baseando-se neste conjunto de fatores, a classe de alquilbenzeno sulfonatos começou
a ter uma maior importância no mercado.
Entre 1950 e 1965, mais da metade de todos os detergentes utilizados no mundo
eram produzidos a partir do tetrâmero de propileno com benzeno (TP-benzeno), pois era uma
matéria-prima com alta disponibilidade, o que tornou a matéria-prima um produto
extremamente viável para produção de tensoativos. Esse domínio de mercado do TP-benzeno
aconteceu até 1970 (Meyers, 1988).
Uma mudança no contexto da realidade daquela época foi a lei n° 997 de maio de
1976, que começou a regulamentar o nível de poluição dos efluentes industriais. Notou-se que
as indústrias produziam efluentes com quantidades significativas de espumas, o que poluía
rios e lagos e destruía a vida nos ambientes aquáticos. Após estudos e pesquisas, foi atribuída
aos sulfonatos uma deficiência em serem completamente degradados por bactérias e outros
processos no tratamento de efluentes industriais, pois sua cadeia
alquílica ramificada
dificultava a ação dos microrganismos (Meyers, 1988).
Visando uma maior aceitabilidade ecológica, houve o investimento no estudo de
substâncias que possuíssem cadeias lineares e
que fossem obtidas a partir de produtos
naturais e com um índice maior de biodegrabilidade. Foi neste contexto que os alquilbenzeno
sulfonatos lineares (LABS) começaram a ser estudados.
As formulações que continham em sua composição um alquilbenzeno sulfonato
linear apresentavam resultados 10% melhores no desempenho de limpeza comparados aos
91
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
TP-benzeno sulfonatos. Como este composto possui tem uma viscosidade menor que o TPbenzeno, sua comercialização como detergente líquido ou pasta não foi muito bem aceita
pelos consumidores, pois eles associavam a viscosidade com o grau de eficiência do produto,
ou seja, quanto mais viscoso determinado produto fosse, melhor ele era (Meyers, 1988).
Atualmente, apesar de muitas áreas de aplicação, tais como as indústrias de
detergentes e produtos de limpeza, serem consideradas como indústrias maduras, as demandas
ecológicas, crescimento populacional, moda, fontes de matérias-primas e apelos de mercado
continuam forçando os desenvolvimentos tecnológicos e o crescimento da área de tensoativos,
principalmente na área de higiene pessoal (Meyers, 1988).
3.2. Tensoativo Aniônico
Um tensoativo é classificado como aniônico quando, em solução aquosa, o produto
tem uma parte da molécula com excesso de elétrons (parte negativa) em sua porção
hidrofílica.
Os principais produtos que englobam esta classificação são: sabões de ácidos graxos,
alquil sulfatos, alquil éter sulfatos e os alquil sulfossuccinatos. Todos esses produtos tem alto
poder espumante, de detergência e de umectância (capacidade de manter o produto úmido), se
comparados às demais classes de tensoativos (Pedro, mar 2012) .
3.3. Tensoativo Catiônico
Um tensoativo é classificado como catiônico quando um determinado produto
possuiu um grupo hidrofílico com deficiência de elétrons, ou seja, possui facilidade em
receber elétrons sendo a parte ligada à cadeia graxa hidrofóbica, carregada positivamente.
As principais aplicações destes produtos são como agentes antiestáticos em
condicionadores para cabelos. Como a função dos condicionadores é proporcionar a maciez
dos fios do cabelo, não necessitam conter tensoativos aniônicos altamente detergentes,
responsáveis pela limpeza dos fios de cabelo. Isso torna possível, utilizar formulações
baseadas em tensoativos catiônicos (Pedro, mar 2012).
O tensoativo catiônico de maior utilização em preparações cosméticas é o sal de
quaternário de amônio (dialquildimetilamônio). A diferença entre classe de tensoativo e
aplicação de cada um dos tensoativos iônicos (aniônico e catiônico) está representada na
tabela abaixo.
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Tabela 1 – Principais tensoativos iônicos e suas aplicações (Pedro, mar 2012).
CLASSE DE TENSOATIVOS
Aniônicos:
• Sabões de ácidos graxos
• Lauril sulfato de sódio (ou de TEA ou de amônia)
• Lauril éter sulfato de sódio (ou de TEA ou de
amônia)
• Lauril éter sulfossuccinato de sódio
APLICAÇÃO
Sabonetes, loções de limpeza,
sabonetes cremosos , emoliente
(usado para amolecer comedões/
cravos).
Catiônicos:
• Quaternários de amônio:
cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio ou
brometo
Antimicrobianos, desodorantes,
shampoo anticaspa e
condicionadores capilares.
4. ETAPAS DE PRODUÇÃO DO CLORETO DE DI (CETIL-ESTEARIL) DIMETIL
AMÔNIO
O ácido graxo de sebo bovino destilado é a principal matéria-prima para a produção
do cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio. A partir deste ácido graxo, é produzida a
nitrila.
As nitrilas são obtidas a partir da reação do ácido graxo com a amônia, que reagem
entre si gerando amida de sebo como produto intermediário, as quais após processo de
desidratação formam nitrilas.
Os ácidos graxos, de maneira geral, são obtidos pela hidrólise de gorduras ou óleos
(triglicérides). Os mais comumente encontrados contém 14, 16 ou 18 átomos de carbono em
sua composição molecular.
Quanto maior for o número de ligações duplas entre os átomos de carbono em um
triglicerídio, maior será o grau de instauração deste composto (mais hidrogênio pode ser
adicionado a essa molécula) e, consequentemente, menor será o seu ponto de fusão. Este
processo de “tornar uma substância insaturada em saturada”, é conhecido como hidrogenação
e ocorre a temperaturas de 175 a 190°C, na presença se um catalisador de níquel, que
auxiliará na reação de modo que a mesma se processe mais rapidamente.
A reação para obtenção do ácido graxo através da hidrólise de gorduras ou óleos
(triglicerídios) está descrita na equação (1).
93
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
O
O
⁄⁄
R1 – C – OH
⁄⁄
R1 – C – O–CH2
O
O
+
⁄⁄
⁄⁄
R2 – C – O –CH + H2O ↔ R2 – C – OH
O
⁄⁄
R3 – C – O –CH2
O
⁄⁄
R3 – C – OH
Triglicerídio
Ácido Graxo
HO OH OH
H2C – CH – CH2
Glicerina
(1)
4.1. Produção de Nitrilas
A nitrila é a matéria-prima básica para a obtenção das aminas graxas. A sua obtenção
é dividida em duas etapas:
Na 1ª etapa têm-se a obtenção de amidas (Nobel 1991), conforme descrito na
equação (2).
O
⁄⁄
R – C – OH +
Ácido Graxo
Al2O3
NH3 ↔
Amônia
O
⁄⁄
R – C – NH2 + H2O
Amida
Água
(2)
Nesta etapa, o ácido graxo reage com amônia com o auxílio do catalisador de
alumina (Al2O3) formando amida monosubstituida de sebo e água como subproduto (deve ser
removida imediatamente). A presença do catalisador empregado na reação impede que ocorra
a formação de uma reação secundária indesejada (formação de sabão de amônia), que pode vir
a ocorrer caso o catalisador empregado não seja eficiente. Esta reação secundária está descrita
na equação (3) (Lopes 2001).
O
⁄⁄
R – C – OH +
Ácido Graxo
Al2O3
NH3 ↔
Amônia
O
⁄⁄
R – C – O – NH4
Sabão de Amônio
(3)
94
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Na 2ª etapa têm-se a formação das nitrilas através da desidratação das amidas,
conforme descrito na equação (4).
O
⁄⁄
R – C – NH2
Amida
↔
R – C ≡ N + H2O
Amina
Água
(4)
Esta etapa é a mais lenta das duas, porque a velocidade da reação depende da
remoção da água da primeira etapa.
4.2 Conversão da Nitrila em Aminas Terciárias (Metil Dialquil)
A obtenção das aminas terciárias do tipo metil dialquil ocorre em três etapas. A
primeira etapa é a formação do dialquil, uma amina secundária. Nesta fase, hidrogena-se a
nitrila convertendo-a em Imina primária que, hidrogenada, gera imina primária que reage com
a Imina primária formada, gerando uma imina secundária (dialquil imina), conforme descritas
nas equações (5) e (6).
R – C ≡ N + H2 ↔ R – CH = NH + H2 ↔ R - CH2 - NH2
Nitrila
Imina Primária
Amina Primária
R – C = NH + R - CH2 - NH2 ↔
Imina Primária
Amina Primária
(5)
R – CH=N - CH2 – R + NH3
(6)
Imina Secundária
Amônia
A amônia formada tem que ser removida pela adição de hidrogênio em excesso
(capaz de realizar a quebra das duplas ligações), para evitar a formação de amina primária.
Isto é feito através da passagem de um alto fluxo de hidrogênio pelo reator (Lopes 2001),
conforme descrito na equação (7) .
R – C = NH – CH2 - R +
Imina Secundária
H2
R – CH2N - CH2 – R
Amina Secundária
(7)
A segunda etapa é a saturação das cadeias carbônicas desta amina secundária
formada na primeira etapa. Nesta etapa, a Amina Secundária sofre uma metilação com
95
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
formaldeído na presença de hidrogênio gasoso (H2) e catalisador de níquel. Esta reação está
descrita na equação (8).
O
⁄⁄
Ni
R – CH2 - NH - CH2 – R + C H2 + H2 Dialquil amina
Formaldeído
R – CH2
\
R – CH2 - N – CH3 + H2O (8)
Metil dialquil Amina Água
A água, proveniente da reação entre formaldeído e dialquil amina, deve ser retirada
do sistema através de um fluxo de hidrogênio em alta pressão com a válvula de alívio de
pressão aberta (Martinenghi, 1963).
Na terceira etapa, a amina terciária sofre saturação nas duplas ligações dos radicais
graxos com adição de hidrogênio (processo de hidrogenação), na presença de catalisador,
temperatura e pressão.
Para que se conclua com sucesso estas três etapas de formação de amina terciária, é
necessário um rígido controle de temperatura e pressão (Martinenghi, 1963).
4.3. Obtenção de Cloreto de Di (Cetil-Estearil) Dimetil Amônio
Os quaternários são sais de amônio tetra substituídos e são agentes catiônicos que
atuam em superfície cuja solubilidade varia, dependendo da composição, de solúveis em água
a dispersáveis em água. Hoje, no Brasil, os cloretos de di (cetil-estearil) dimetil amônio são
produzidos a partir de aminas terciárias do tipo metil dialquil amina. A produção é feita a
partir da reação de metilação do metil dialquil amina com cloreto de metila, conforme descrito
na equação (9) (Lopes, 2001).
R – CH2
\
N – CH3
⁄
R – CH2
+
CH3Cl Cloreto de metila
Metil dialquil Amina
R – CH2 CH3
\
⁄
N
⁄
\
R – CH2 CH3
Cl-
(9)
Cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio
(Quaternário de Amônio)
Em seguida, o produto sofre uma desmetilação, na qual o excesso de cloreto de
metila é retirado pela passagem de um gás inerte (Nitorgênio – N2) e pelo aquecimento do
96
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
sistema. O sal de quaternário de amônio, após o processo de desmetilação, é diluído com
etanol ou isopropanol e água (Nobel 1998).
5. PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AMACIANTE À BASE DE CLORETO DE DI
(CETIL-ESTEARIL) DIMETIL AMÔNIO COM ARNICA
O processo de fabricação, em escala industrial, dos sais quaternários de amônio é
realizado a partir da conversão do ácido graxo em uma amina. Em um reator vitrificado, a alta
temperatura e pressão, o ácido graxo é convertido em amina primária, no qual há entrada de
amônia pela parte superior da reação. Para transformar a amina primária em amina secundária
e, posteriormente, em amina terciária, há introdução de uma carga de hidrogênio no processo,
o qual fará a quebra das duplas ligações e hidrogenará o produto, a fim de que o mesmo se
torne um metil dialquil amina (amina terciária) (Shreve e Brink, 2008).
Este quaternário de amônio é conhecido como cloreto de di(cetil-estearil) dimetil
amônio, utilizado como base para produção do amaciante têxtil.
Através de uma extração sólido-líquido com arnica e água a uma temperatura de
70ºC, faz-se uma infusão de arnica cuja qual será utilizada, posteriormente no processo.
Em um tanque agitado adiciona-se essa infusão de arnica, que neste processo deve
estar de 28 a 34°C e devidamente filtrada, para que não haja resíduos particulados no
amaciante.
A segunda etapa é a dosagem de ácido cítrico para ajuste do pH da água, para que a
mesma obtenha um pH ótimo de trabalho ( deve estar entre 5 e 7) na produção do amaciante.
Em seguida, adiciona-se uma carga do ativo à base de cloreto de dialquil dimetil
amônio, que fica armazenado em um tanque que deve ser mantido aquecido entre 40-50°C
pelo vapor gerado por uma caldeira, (pois à temperatura ambiente este ativo é sólido) está
pronto para ser utilizado no processo de produção de amaciante, e o sistema permanece em
agitação por aproximadamente 4 horas.
Em uma etapa posterior, adiciona-se uma carga de corante (opcional), até que a
mistura fique homogênea (agitação de aproximadamente 20 minutos) e com a coloração
desejada.
Posterior a dosagem do corante, são adicionados o conservante (agitação de
aproximadamente 30 minutos) e a fragrância (agitação por aproximadamente 10 minutos).
O amaciante é então removido do tanque para posterior embalagem e
comercialização do produto.
97
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
6. METODOLOGIA EXPERIMENTAL
6.1. Amaciante Comum (com Água a Temperatura de 30ºC)
O cloreto de di(cetil-estearil) dimetil amônio foi aquecido até a temperatura de 45ºC
(temperatura na qual o quaternário de amônio se encontra no estado líquido) em banho Maria.
Enquanto a base para amaciante era aquecida, colocou-se 500 mL de água para aquecimento
em banho Maria, até que a temperatura atingisse 30ºC.
Primeiramente, foram pesadas 478 gramas de água destilada. Esse béquer com água
foi colocado sob um sistema de agitação (agitador mecânico), no qual se controlou a agitação
do sistema de modo que não houvesse formação de vortéx. Esta agitação permaneceu durante
toda a formulação. Para ajustar o pH da água foram adicionados 0,1 gramas de ácido cítrico.
O próximo passo foi a adição do ativo (quaternário de amônio) na formulação. Para
isto, foram adicionados, lentamente, 20,27 gramas de cloreto de di (cetil-estearil) dimetil
amônio (para uma formulação com 3% de ativo).
Após a total dispersão do quaternário de amônio na água, foram adicionados, 0,5
gramas de conservante. Por último, foram adicionados 1 gramas de fragrância para amaciante.
6.2. Amaciante com Arnica (com Água a Temperatura de 30ºC)
O cloreto de di(cetil-estearil) dimetil amônio foi aquecido até a temperatura de 45ºC
(temperatura na qual o quaternário de amônio se encontra no estado líquido) em banho Maria.
Em um béquer de 600 mL, foram adicionados 10 gramas de Arnica Montana em 500 mL de
água que permaneceu em aquecimento até a temperatura de 60ºC, para extração sólido líquido da arnica. Esperou-se até que a temperatura do chá (arnica + água) estivesse em 30ºC
para iniciar a formulação.
Pesou-se 478,15 gramas do chá (arnica + água). Esse béquer foi colocado sob um
sistema de agitação (agitador mecânico), no qual se controlou a agitação do sistema de modo
que não houvesse formação de vortéx. Essa agitação permaneceu durante toda a formulação.
Para ajustar o pH da água foram adicionados 0,1 gramas de ácido cítrico.
O próximo passo foi a adição do ativo (quaternário de amônio) na formulação. Para
isto, foram adicionados, lentamente, 20,25 gramas de cloreto de di (cetil-estearil) dimetil
amônio (para uma formulação com 3% de ativo).
Após a total dispersão do quaternário de amônio, foram adicionados 0,51 gramas de
conservante. Por último, foram adicionados 1 grama de fragrância para amaciante.
98
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
6.3. Amaciante Comum (com Água a Temperatura de 32ºC)
A fim de verificar a influência da temperatura da água na formulação do amaciante,
foi proposto um amento de 2ºC na temperatura da água. Aqueceu-se o cloreto de di(cetilestearil) dimetil amônio até a temperatura de 45ºC (temperatura na qual o quaternário de
amônio se encontra no estado líquido) em banho Maria. Enquanto a base para amaciante era
aquecida, colocou-se 500 mL de água para aquecimento em banho Maria, até que a
temperatura atingisse 32ºC.
Pesou-se 478,89 gramas de água destilada. Esse béquer com água foi colocado sob
um sistema de agitação (agitador mecânico), no qual se controlou a agitação do sistema de
modo que não houvesse formação de vortéx. Esta agitação permaneceu durante toda a
formulação. Para ajustar o pH da água foram adicionados 0,1 gramas de ácido cítrico.
O próximo passo foi a adição do ativo (quaternário de amônio) na formulação. Para
isto, foram adicionados, lentamente, 20,18 gramas de cloreto de di (cetil-estearil) dimetil
amônio (para uma formulação com 3% de ativo).
Após a total dispersão do quaternário de amônio na água, foram adicionados, 0,53
gramas de conservante. Por último, foram adicionados 1,01 gramas de fragrância para
amaciante.
6.4. Amaciante com Arnica (com Água a Temperatura de 32ºC)
A fim de verificar a influência da temperatura da água na formulação do amaciante,
foi proposto um amento de 2ºC na temperatura do chá (arnica + água). Aqueceu-se o cloreto
de di(cetil-estearil) dimetil amônio até a temperatura de 45ºC (temperatura na qual o
quaternário de amônio se encontra no estado líquido) em banho Maria.
Em um béquer de 600 mL, foram adicionados 10 gramas de Arnica Montana em 500
mL de água que permaneceu em aquecimento até a temperatura de 60ºC, para extração sólido
- líquido da arnica. Esperou-se até que a temperatura do chá (arnica + água) estivesse em 32ºC
para iniciar a formulação.
Pesou-se 478,54 gramas do chá (arnica + água). Esse béquer foi colocado sob um
sistema de agitação (agitador mecânico), no qual se controlou a agitação do sistema de modo
que não houvesse formação de vortéx. Essa agitação permaneceu durante toda a formulação.
Para ajustar o pH da água foram adicionados 0,1 gramas de ácido cítrico.
99
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
O próximo passo foi a adição do ativo (quaternário de amônio) na formulação. Para
isto, foram adicionados, lentamente, 20,20 gramas de cloreto de di (cetil-estearil) dimetil
amônio (para uma formulação com 3% de ativo).
Após a total dispersão do quaternário de amônio, foram adicionados, 0,53 gramas de
conservante. Por último, foram adicionados 1 grama de fragrância para amaciante.
6.5. Análise da Viscosidade
Para medir a viscosidade das quatro formulações de amaciante, foi utilizado um
viscosímetro Brookfield modelo LV, com rotação constante de 60 rpm, o spindle utilizado
para a medição foi o spindle 3 e o fator de correção para conversão da viscosidade para a
unidade centipoise (mPa.s) foi igual a 5. Todas as análises foram realizadas com as amostras a
temperatura ambiente (T = 25ºC).
Em um béquer de 250 mL foram adicionados 200 mL do amaciante.
Ajustou-se o nível dos pés do viscosímetro, encaixou-se o spindle 3 e o ajustou à
amostra de modo que o spindle ficasse coberto pelo amaciante até a marcação indicada na
peça (spindle).
Foi dada um pausa de 5 minutos para a estabilização do sistema. Após essa etapa, foi
realizada a medição no visor do viscosímetro. Como o equipamento não é digital foi
necessário a conversão deste valor com o auxílio de uma tabela que acompanha o
viscosímetro.
6.6. Análise do pH
Para medir o pH das quatro formulações de amaciante foi utilizado um pHmetro
digital. Todas as análises foram realizadas com as amostras a temperatura ambiente (T =
25ºC).
Uma amostra de cada uma das quatro formulações de amaciante foi diluída com água
destilada na proporção 10:100 (10 gramas de amostra para 100 mL de solução).
As amostras foram colocadas sob agitação.
O eletrodo do pHmetro foi colocado no béquer e a medição foi realizada. Os valores
de pH encontrados estão descritos nos resultados e discussão.
6.7. Teor de Ativo no Amaciante
100
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Para determinar do teor de ativo nos amaciantes formulados, foi executada uma
técnica de titulação potenciométrica. Todas as análises foram realizadas com as amostras a
temperatura ambiente (T = 25ºC). A fórmula utilizada para cálculo de teor de ativo nos
amaciantes está descrito na equação (10).
Teor de Ativo = V x F x 0,02 x MM
(10)
m
Pesaram-se aproximadamente 20,0 gramas de amostra em um balão volumétrico com
capacidade de 500 mL. Adicionou-se ao balão 50 mL de isopropanol quente e completou-se
com água deionizada até o menisco do balão volumétrico. A fim de remover as bolhas
contidas na solução, o balão foi colocado no ultrassom por 5 minutos, até que todas as bolhas
tenham sido removidas.
Em uma proveta de 100 mL, adicionou-se 10 mL da amostra do balão volumétrico,
20 mL de clorofórmio e 10 mL de indicador Dimediu bromide. Iniciou-se a titulação com
ativo lauril até que o ponto de viragem fosse atingido.
Após a realização da análise, calculou-se o teor de ativo no amaciante. O cálculo está
descrito nos resultados e discussões.
7. RESULTADOS E DISCUSSÃO
As quatro formulações foram propostas com a finalidade de se estudar a viabilidade
da produção de um amaciante com arnica, baseando-se nos resultados obtidos nas análises de
controle de qualidade.
Para comprovar a viabilidade do processo de fabricação deste amaciante, o foco
deste estudo foi provar que se os resultados obtidos nas análises do amaciante de arnica
fossem muito próximos dos resultados de análise do amaciante comum, isso significaria que,
em aspectos qualitativos e quantitativos, o amaciante de arnica é um produto viável, já que a
adição da Arnica Montana não altera as características físico-químicas do amaciante têxtil.
7.1 Amaciante Comum (com Água a Temperatura de 30ºC)
Após a formulação, este amaciante passou por testes para controle analítico e de
qualidade.
101
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Primeiramente, foi medida a viscosidade do produto em um viscosímetro Brookfield
LV.
Na análise, foi utilizado um torque de 60 rpm e o spindle 3, que é uma ferramenta
acoplada ao viscosímetro capaz de rotacionar e medir a viscosidade do produto, pois como a
viscosidade de um amaciante deve estar entre 1000 a 2000 centipoise (dependendo do teor de
ativo usado na fórmula), o spindle mais indicado para medição dessas faixa de viscosidade é
este spindle (os spindles 1 e 2 ultrapassam a faixa de leitura do equipamento).
Após a estabilização do viscosímetro, o valor lido no visor do equipamento foi igual
a 55.
Utilizando-se a tabela de conversão do equipamento (viscosímetro Brookfield), que
utiliza todos os dados (modelo do equipamento, spindle utilizado na leitura, velocidade de
rotação) para encontrar o fator de correção adequado para a viscosidade medida, descobriu-se
que o valor lido no equipamento deveria ser corrigido multiplicando esse dado por um fator
de correção igual a 20, conforme descrito no cálculo abaixo.
Viscosidade = Valor encontrado no viscosímetro x Fator de Correção
(11)
Viscosidade = 55 cp x 20
(12)
Viscosidade = 1100 cp (MPa.s)
(13)
A viscosidade encontrada é superior ao mínimo estabelecido pela ANVISA (Agência
Nacional de Vigilância Sanitária), desta forma, pode-se comprovar que o produto espessou o
suficiente para atender as especificações de controle de qualidade.
O segundo teste de qualidade realizado para este amaciante foi a medição do pH.
Nesta análise, o eletrodo do pH, após estabilização, fez a leitura e encontrou um
valor de pH = 4,53.
Sabe-se que o pH do amaciante para roupas deve estar entre 3 – 7 e por esse motivo,
essa formulação de amaciante apresentou um resultado dentro da faixa de especificação
estabelecida pela legislação (ANVISA).
A terceira análise de controle de qualidade foi a de determinação do teor de ativo
nesta fórmula.
Enquanto a titulação potenciométrica era realizada, foi possível perceber uma
mudança na cor da amostra, que passou de uma coloração azul intensa (antes da titulação)
para uma coloração azul acinzentado (após a titulação). Como a titulação potenciométrica
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
utilizou o método visual, a indicação do ponto de viragem da amostra é, justamente, a
mudança de cor, cuja qual indica que todo o ativo reagiu com a solução de lauril, ou seja,
indica o final da titulação.
O cálculo do teor de ativo encontrado na amostra está descrito abaixo.
Considerando o que fator de correção da molaridade da solução de ativo Lauril era
de 0,9887 mol/L (valor padronizado) e que a massa molar do Lauril é de 572 g/ mol, tem-se:
Teor de Ativo = V x F x 0,02 x MM
(14)
m
Teor de Ativo = 4,9463 x 0,9887 x 0,02 x 572
(15)
20,3442
Teor de Ativo = 2,75 %
(16)
Como a fórmula foi preparada para que contivesse 3% de matéria ativa, este
resultado comprova que a formulação está dentro dos padrões estabelecidos, pois, considerase que em toda análise que ocorre transferências de massa de um local para outro pode haver
perda de material de amostragem.
7.2. Amaciante com Arnica (com Água a Temperatura de 30ºC)
Pode-se perceber que houve formação de grumos no amaciante de arnica que sofreu
dispersão do cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio a temperatura de 30ºC. Isso significa
que a temperatura do meio dispersivo interfere na qualidade do produto. Essa formação de
grumos ocorreu devido ao aumento de sais na água (adição da Arnica Montana) que faz com
que a dispersão do meio fique dificultada e o quaternário de amônio acaba não conseguindo
abrir a sua molécula completamente. O grumo nada mais é do que o cloreto de di (cetilestearil) dimetil amônio que não conseguiu ser disperso em água.
A formação destes grumos é totalmente indesejada ao processo, pois eles estão com
uma concentração mais elevada de ativo e isto pode ocasionar manchas nas fibras do tecido
das roupas que forem lavadas com este produto. Consequentemente, se o consumidor adquiriu
um produto que ocasiona manchas em suas roupas, ele não vai voltar a adquirir este material
uma segunda vez.
103
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Após a formulação, este amaciante passou por testes para controle analítico e de
qualidade.
Primeiramente foi medida a viscosidade do produto em um viscosímetro Brookfield
LV. Ajustou-se a rotação de modo que o torque fosse de 60 rpm e utilizou-se o spindle 3, o
mais indicado para medição dessa faixa de viscosidade.
Após a estabilização do viscosímetro, o valor lido no visor do equipamento foi igual
a 45,5.
Utilizando-se a tabela de conversão do equipamento (viscosímetro Brookfield), pode
ser encontrada a viscosidade do produto, conforme descrito no cálculo abaixo.
Viscosidade = Valor encontrado no viscosímetro x Fator de Correção
(17)
Viscosidade = 45,5 cp x 20
(18)
Viscosidade = 910 cp (MPa.s)
(19)
A baixa viscosidade foi causada pela formação dos grumos, pois não houve a
completa dispersão do cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio o que impediu que o
produto espessasse o suficiente para atender as especificações de controle de qualidade deste
produto.
O segundo teste de qualidade realizado para este amaciante foi a medição do pH.
Nesta análise, o eletrodo do pH, após estabilização, fez a leitura e encontrou um
valor de pH = 3,99 e como este resultado está condizente com a faixa de especificação
estabelecida pela legislação, pode-se comprovar que no quesito pH, o produto está aprovado.
A terceira análise de controle de qualidade foi a de determinação do teor de ativo
nesta fórmula.
Enquanto a titulação potenciométrica era realizada, pode-se perceber uma mudança
na cor da amostra, que passou de uma coloração azul intensa (antes da titulação) para uma
coloração azul acinzentado (após a titulação). Como a titulação potenciométrica utilizou o
método visual, a indicação do ponto de viragem da amostra é, justamente, a mudança de cor,
cuja qual indica que todo o ativo reagiu com a solução de lauril, ou seja, indica o final da
titulação.
O cálculo do teor de ativo encontrado na amostra está descrito abaixo.
Considerando o que fator de correção da molaridade da solução de ativo Lauril era
de 0,9887 mol/L (valor padronizado) e que a massa molar do Lauril é de 572 g/ mol, tem-se:
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Teor de Ativo = V x F x 0,02 x MM
(20)
m
Teor de Ativo = 4,0427 x 0,9887 x 0,02 x 572
(21)
20,1439
Teor de Ativo = 2,27 %
(22)
Como a fórmula foi preparada para que contivesse 3% de matéria ativa, este
resultado comprova que a formação de grumos minimiza a ação do ativo no amaciante que,
quando utilizado em uma lavagem, pode manchar a fibra do tecido, o que é extremamente
indesejado pelo consumidor.
7.3 Amaciante Comum (com Água a Temperatura de 32ºC)
Com o intuito de verificar a influência da temperatura da água utilizada no processo
de fabricação de amaciante, foi utilizada a mesma formulação do item 4.1 (com 3% de ativo).
Após a formulação, este amaciante passou por testes para controle analítico e de
qualidade.
Primeiramente, foi medida a viscosidade do produto em um viscosímetro Brookfield
LV. Ajustou-se a rotação de modo que o torque fosse de 60 rpm e utilizou-se o spindle 3, o
mais indicado para medição dessa faixa de viscosidade.
Após a estabilização do viscosímetro, o valor lido no visor do equipamento foi igual
a 56.
Utilizando-se a tabela de conversão do equipamento (viscosímetro Brookfield), pode
ser encontrada a viscosidade do produto, conforme descrito no cálculo abaixo.
Viscosidade = Valor encontrado no viscosímetro x Fator de Correção
(23)
Viscosidade = 56 cp x 20
(24)
Viscosidade = 1120 cp (MPa.s)
(25)
105
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
A viscosidade encontrada é superior ao mínimo estabelecido pela ANVISA, desta
forma, pode-se comprovar que o produto espessou o suficiente para atender as especificações
de controle de qualidade.
O segundo teste de qualidade realizado para este amaciante foi a medição do pH.
Nesta análise, o eletrodo do pH, após estabilização, fez a leitura e encontrou um
valor de pH = 4,58 e como este resultado está condizente com a faixa de especificação
estabelecida pela legislação, pode-se comprovar que, no quesito pH, o produto está aprovado.
A terceira análise de controle de qualidade foi a determinação do teor de ativo nesta
fórmula.
Enquanto a titulação potenciométrica era realizada, foi possível perceber uma
mudança na cor da amostra, que passou de uma coloração azul intensa (antes da titulação)
para uma coloração azul acinzentado (após a titulação). Como a titulação potenciométrica
utilizou o método visual, a indicação do ponto de viragem da amostra é, justamente, a
mudança de cor, cuja qual indica que todo o ativo reagiu com a solução de lauril, ou seja,
indica o final da titulação.
O cálculo do teor de ativo encontrado na amostra está descrito abaixo.
Considerando o que fator de correção da molaridade da solução de ativo Lauril era
de 0,9887 mol/L(valor padronizado) e que a massa molar do Lauril é de 572 g/ mol, tem-se:
Teor de Ativo = V x F x 0,02 x MM
(26)
m
Teor de Ativo = 4,8040 x 0,9887 x 0,02 x 572
(27)
19,9448
Teor de Ativo = 2,72 %
(28)
Como a fórmula foi preparada para que contivesse 3% de matéria ativa, este
resultado comprova que a formulação possui a quantidade de ativo real adicionada na
produção deste amaciante, considerando que em toda análise que consiste de transferências de
massa de um local para outro pode haver perda de material de amostragem.
7.4 Amaciante com Arnica (com Água a Temperatura de 32ºC)
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
Com o intuito de verificar a influência da temperatura da água utilizada no processo
de fabricação de amaciante, foi utilizada a mesma formulação do item 4.2 (com 3% de ativo
com 10 gramas de Arnica).
Após a formulação, este amaciante passou por testes para controle analítico e de
qualidade.
Primeiramente, foi medida a viscosidade do produto em um viscosímetro Brookfield
LV. Ajustou-se a rotação de modo que o torque fosse de 60 rpm e utilizou-se o spindle 3, o
mais indicado para medição dessa faixa de viscosidade.
Após a estabilização do viscosímetro, o valor lido no visor do equipamento foi igual
a 56.
Utilizando-se a tabela de conversão do equipamento (viscosímetro Brookfield), pode
ser encontrada a viscosidade do produto, conforme descrito no cálculo abaixo.
Viscosidade = Valor encontrado no viscosímetro x Fator de Correção
(29)
Viscosidade = 56cp x 20
(30)
Viscosidade = 1120 cp (MPa.s)
(31)
A viscosidade encontrada é superior ao mínimo estabelecido pela legislação e é a
mesma encontrada para o amaciante comum descrito do item 4.3, desta forma, pode-se
comprovar que o produto espessou o suficiente e possui viscosidade semelhante a uma
fórmula sem adição de arnica para atender as especificações de controle de qualidade.
O segundo teste de qualidade realizado para este amaciante foi a medição do pH.
Nesta análise, o eletrodo do pH, após estabilização, fez a leitura e encontrou um
valor de pH = 4,56.
Como o resultado obtido, além de estar condizente com a faixa de especificação
estabelecida pela legislação, possui um pH bem próximo da formulação de um amaciante
comum, pode-se comprovar que no quesito pH, a formulação com arnica está aprovada.
A terceira análise de controle de qualidade foi a de determinação do teor de ativo
nesta fórmula.
Enquanto a titulação potenciométrica era realizada, pode-se perceber uma mudança
na cor da amostra, que passou de uma coloração azul intensa (antes da titulação) para uma
coloração azul acinzentado (após a titulação). Como a titulação potenciométrica utilizou o
método visual, a indicação do ponto de viragem da amostra é, justamente, a mudança de cor,
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Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
cuja qual indica que todo o ativo reagiu com a solução de lauril, ou seja, indica o final da
titulação.
O cálculo do teor de ativo encontrado na amostra está descrito abaixo.
Considerando o que fator de correção da molaridade da solução de ativo Lauril era
de 0,9887 mol/L(valor padronizado) e que a massa molar do Lauril é de 572 g/ mol, tem-se:
Teor de Ativo = V x F x 0,02 x MM
(32)
m
Teor de Ativo = 4,8820 x 0,9887 x 0,02 x 572
(33)
20,6068
Teor de Ativo = 2,68 %
(34)
Como a fórmula foi preparada para que contivesse 3% de matéria ativa, este
resultado comprova que a formulação possui a quantidade de ativo real adicionada na
produção deste amaciante, e que a adição da Arnica Montana não alterou a composição do
cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio, pois o ativo encontrado está muito próximo do
adicionado no processo de produção deste amaciante. O valor só não chegou a 3% pois
sempre há perda de material de análise em processos que utilizam transferência de massa no
decorrer da análise.
Pode-se notar também que a elevação da temperatura em 2°C, se comparado com a
formulação descrita no item 4.2, fez com que não houvesse formação de grumos, ou seja,
pode-se comercializar este produto sem que o cliente fique insatisfeito com o resultado de
lavagem, pois sem formação de grumos a fibra do tecido não é manchada, e
consequentemente, o produto pode proporcionar todos os benefícios que o consumidor espera
ter.
A ausência de grumos, somada aos outros resultados analíticos obtidos no estudo do
processo de produção do amaciante a base de cloreto de di (cetil-estearil) dimetil amônio com
arnica, indica que este processo é viável, uma vez que o amaciante com arnica segue os
padrões de qualidade do amaciante comum.
Para melhor entendimento dos resultados apresentados nas análises dos amaciantes ,
uma tabela está representada a seguir.
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Tabela 2 – Resultados analíticos do amaciantes.
ANÁLISES
Viscosidade
(MPa.s)
pH
Teor de ativo (%)
Amaciante
Comum
(T=30°C)
Amaciante
Amaciante
Amaciante
com
com
Comum
Arnica
Arnica
(T=32°C)
(T=30°)
(T=32°)
1100
910
1120
1120
4,53
2,75
3,99
2,27
4,58
2,72
4,56
2,68
A partir da análise da tabela acima, pode-se perceber que a temperatura foi um fator
muito importante para a qualidade do produto final.
Mesmo com material particulado (Arnica) em sua composição o amaciante com
arnica produzido à temperatura de 32°C se mostrou um produto com característica físicoquímicas semelhantes ao amaciante comum e, por isso, sua produção em escala industrial
pode ser algo viável, uma vez que este novo produto pode vir trazer benefícios à saúde do
consumidor, pois pode vir a auxiliar na melhora da circulação sanguínea, no entanto, os
efeitos fitoterápicos do uso deste produto ainda precisa ser estudado e analisado.
8. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A partir dos resultados apresentados, é possível concluir que a temperatura foi um
fator limitante na qualidade do amaciante de cloreto de di(cetil-estearil) dimetil amônio com
arnica, pois ela interferiu na dispersão do sistema.
Durante a fase de dispersão, notou-se a presença de grumos na fórmula que foi
trabalhada com arnica e com água a temperatura de 30°C. Com o estudo de uma nova
formulação de amaciante com arnica, preparado nas mesmas condições de agitação e
proporção de reagentes mas com variação na temperatura (32°C), pode-se concluir que apesar
da arnica tornar o meio mais particulado, o aumento de 2°C, na água cujo ativo será disperso,
faz com que o processo de produção do amaciante com arnica se torne viável, inclusive
industrialmente, pois as análises qualitativas e quantitativas desse novo produto, formulado a
uma temperatura de 32°C, comprovam que o amaciante com arnica segue os padrões de
qualidade exigidos pela legislação brasileira.
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9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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LOPES, N. P., A essência da arnica: Estudo comprova as propriedades analgésicas e
antiinflamatórias da espécie brasileira e indica como desenvolver fitoterápicos seguros.
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PEDRO, R. Tensoativos – Considerações gerais e breve histórico. Revista H&C. São Paulo,
Vol. 11, n.73, mai/jun. 2012. Disponível em < www.freedom.inf.br/artigos_tecnicos >.
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_________ Tensoativos – Classificação dos tensoativos. Revista H&C. São Paulo, Vol. 11,
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SHREVE, R.N.; BRINK, J. A. Indústrias de Processos Químicos. Rio de Janeiro:
Guanabara, 2008.
110
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A PROPOSIÇÃO DE UM MODELO PARA REALIZAÇÃO DE EVENTOS KAIZEN
Walcrios Grings da Silva
Fundação Educacional Encosta Inferior do Nordeste, Faculdades Integradas de Taquara, FACCAT, Rio Grande do Sul, Brasil
[email protected]
Prof. Diego Augusto de Jesus Pacheco
Fundação Educacional Encosta Inferior do Nordeste, Faculdades Integradas de Taquara, FACCAT, Rio Grande do Sul, Brasil
[email protected]
Prof. Dr. Carlos Fernando Jung
Fundação Educacional Encosta Inferior do Nordeste, Faculdades Integradas de Taquara, FACCAT, Rio Grande do Sul, Brasil
[email protected]
RESUMO
A melhoria contínua organizacional nas empresas industriais pode ser obtida de
diversas maneiras. A implantação de modelos estruturados para gerar melhorias incrementais
é uma alternativa viável. Nesse contexto, este artigo apresenta a proposição de um modelo
estratégico de realização de eventos Kaizen em empresas industriais. O modelo proposto foi
elaborado com base nos principais direcionamentos conceituais sobre melhoria contínua,
métodos e ferramentas de análise de processos produtivos. Por se tratar da proposição de um
modelo, sugerem-se sucessivas replicações de formar a aperfeiçoar o modelo inicialmente
proposto.
PALAVRAS-CHAVE: eventos kaizen; melhoria contínua; produtividade.
ABSTRACT
Continuous improvement in industrial organization can be searched in several ways.
The deployment of structured models to generate incremental improvements is a viable
alternative. In this context, this paper presents a proposition of a strategic model of
conducting Kaizen events in industrial companies. The proposed model was based on the
main conceptual directions on continuous improvement methods and tools for analyzing
processes. Because it is the proposition of a model, we suggest successive replications form
the perfect model originally proposed.
KEY-WORDS: kaizen events, continuous improvement, productivity
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1. INTRODUÇÃO
A globalização vem exigindo que as organizações se ajustem rapidamente às
mudanças que ocorrem em ritmo acelerado, de modo a se adaptarem à fatores externos e
internos, para a melhoria de desempenho (OBADIA; VIDAL; MELO, 2007). Para que as
empresas sobrevivam neste cenário, é essencial que sejam desenvolvidas vantagens
competitivas
através
do
aprimoramento
dos
sistemas
de
produção
(BECKETT;
WAINWRIGHT; BANCE, 2000). Nessa mesma linha de discussão, de acordo com Bessant,
Caffyn e Gallagher (2001), o que torna as organizações competitivas não são as instalações,
os equipamentos, ou seja, os ativos tangíveis, mas sim o conhecimento que possuem, como se
organizam e seus padrões comportamentais.
Conforme Gonzalez e Martins (2007), as atividades de melhoria contínua tem se
tornado uma necessidade para as empresas que desejam permanecer no mercado, devido ao
cenário de mudanças sociais e econômicas que exigem flexibilidade para mudanças rápidas.
Segundo Shingo (1996), a sobrevivência dessas empresas depende da redução de custos,
ocasionando a necessidade da eliminação das perdas dos processos. A melhoria contínua é
extremamente necessária e estratégica, perdendo muito as organizações que analisam sua
efetividade simplesmente pelos resultados financeiros gerados a partir dela, pois o principal
ganho é o desenvolvimento de um processo continuado de evolução dos procedimentos e
comportamentos dentro da organização (BESSANT; CAFFYN; GALLAGHER, 2001).
A partir desse cenário, buscou-se então formalizar um modelo de melhoria contínua
através da lógica do Kaizen. Liker e Meier (2007) propõem como forma de iniciar a
estruturação da melhoria contínua a realização de eventos pontuais, também chamados
Eventos Kaizen ou Gemba Kaizen. Estes eventos partem de uma abordagem de melhoria que
atua nos processos de maneira individual, como as operações de fabricação, a fim de reduzir
perdas específicas. Nesse sentido, o principal objetivo dessa pesquisa é propor um modelo
estratégico de realização de eventos Kaizen. Para conduzir a investigação, foram pesquisados
artigos nacionais e internacionais aderentes ao tema para organizar a discussão. O presente
artigo foi estruturado da seguinte maneira: a seção dois apresenta o referencial teórico sobre
melhoria contínua, eventos Kaizen, análise de sistemas de produção; a seção três apresenta a
estrutura do modelo proposto e descreve suas etapas; na seção quatro são tecidas as
conclusões e as sugestões de trabalhos futuros.
112
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2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. Melhoria Contínua
Segundo Imai (1996), melhoria contínua é um termo traduzido do japonês, da palavra
Kaizen, que na sua aplicação quer caracterizar uma melhoria que envolve todas as pessoas,
gerando esses benefícios mediante baixos custos. Já Womack, Jones e Ross (2004) afirmam
que Kaizen é um processo de melhoria contínua e gradual, praticado periodicamente pelas
equipes de trabalho com o auxílio de engenheiros. Imai (1994) defendeu que Kaizen é o
melhoramento contínuo que evolve todas as pessoas da organização, desde operários até
gerentes. Caffin (1999) complementa, definindo que melhoria contínua é um esforço
permanente de todas as pessoas em pequenas melhorias com o intuito de alcançar os objetivos
da empresa. Em sintese, pode-se dizer que a melhoria contínua envolve todas as pessoas na
realização de pequenas ações de baixo custo, com o auxilio de especialistas.
Imai (1996) destaca a diferença entre dois tipos de melhorias: aquelas obtidas através
das inovações drásticas que geram grandes resultados em intervalos de tempo curtos, e o
Kaizen, onde as melhorias são pequenas, mas podem ocorrer com uma frequência maior
caracterizando a melhoria contínua. Mesquita e Alliprandini (2003) reforçam que a melhoria
contínua deve ser estruturada como uma parte estratégica do negócio com uma abordagem
mais ampla além do simples aumento de produtividade. Corroborando essa análise, Martins et
al. (2004) defendem que a melhoria contínua deve ser vista e gerida de modo sistêmico e não
como a utilização de algumas ferramentas de solução de problemas. Para Attadia e Martins
(2003), a melhoria contínua ocorre por meio da alternância em uma frequência permanente,
entre momentos de aumento do desempenho e controle do padrão, em um método estruturado
de solução de problemas, causando impactos acumulativos no desempenho das organizações.
Por seu turno, Gonzalez e Martins (2007) chamam a atenção para a falta de
sistemáticas que incentivem a participação dos colaboradores nas atividades de melhoria e
para a falta de feedback aos envolvidos sobre o andamento dessas atividades. Tal relevância é
corroborada por Liker (2005), que afirma que a essência do Kaizen está nas atitudes e no
modo de pensar de todos os colaboradores, através da autocrítica e de busca contínua por
oportunidades de melhoria. É necessário tomar cuidado para não relacionar a melhoria
contínua somente à prática de uma sequência de etapas preestabelecidas, associada ao
treinamento em técnicas de solução de problemas, pois o conceito é mais amplo, passando
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pelo desenvolvimento de competências e habilidades para a solução de problemas
(MESQUITA; ALLIPRANDINI, 2003).
A implantação dessa cultura de melhoria contínua, segundo Liker e Houses (2009),
depende de diversas políticas de recursos humanos para a atração, desenvolvimento,
envolvimento e inspiração de pessoas de qualidade que praticam o Kaizen diariamente
durante o seu trabalho. Segundo Gonzalez e Martins (2007) o potencial criativo dos
funcionários deve ser aproveitado para a otimização dos processos, através da redução de
custos e melhoria do desempenho. Liker (2005) afirmou que a efetiva melhoria contínua está
baseada em uma filosofia de prosperidade de longo prazo, na eliminação de perdas e no
desenvolvimento da equipe e dos fornecedores, através do respeito e do desafio. Para Ohno
(1997) a necessidade é quem gera a invenção, portanto, para que as melhorias de produção
aconteçam é necessário que as pessoas da produção percebam essas necessidades. Gonzalez e
Martins (2007), afirmam que para garantir que a melhoria contínua aconteça, todos os
stakeholders precisam estar conscientes do quanto ela é importante, de como devem
contribuir para o sucesso de tal atividade, além de possuírem competências para a solução de
problemas e estarem motivados para se empenharem para melhorar os processos.
Conforme Bessant, Caffyn e Gallagher (2001), a evolução das práticas de melhoria
contínua não depende do tempo no qual a organização está exposta a essas atividades, mas
sim ao esforço da gestão para desenvolver e manter os padrões de comportamento necessários
para o sucesso dessas atividades. Bhuiyan e Baghel (2005) relatam que ao longo do tempo as
empresas vêm desenvolvendo suas próprias formas de desenvolver a melhoria contínua
conforme suas necessidades específicas. Mesquita e Alliprandini (2003) pontuam que, para
que a melhoria contínua torne-se parte da cultura da organização é necessário que as
atividades coordenadas sejam conscientes quanto ao desenvolvimento da melhoria e das
competências relacionadas. Conforme Bessant, Caffyn e Gallagher (2001), a mudança de
comportamentos ocorre a partir da implantação de rotinas ou procedimentos que representem
o comportamento esperado, e a efetiva mudança acontece se tais procedimentos forem
articulados e reforçados durante certo tempo, e se eles não se opuserem a outros
procedimentos já enraizados. Mesquita e Alliprandini (2003) afirmam que para saber o
próximo passo a ser dado em direção ao futuro da melhoria contínua é necessário ter o foco
nas competências a serem desenvolvidas. Já Bessant e Francis (1999) afirmam que a
efetividade das rotinas e procedimentos oferecem grande potencial competitivo, pois as
114
Revista Engenho, vol.7 – Abril de 2013
mesmas não podem ser copiadas e levam um bom tempo para serem desenvolvidas e
respeitadas em outras empresas. Mesquita e Alliprandini (2003) reforçam que os
comportamentos e competências necessárias para a prática da melhoria contínua são
moldados através da realização das próprias atividades de melhoria. A partir das principias
ideias dos autores supracitados, pode-se concluir que a gestão estratégica da melhoria
contínua deve ser norteada pela observação de diversos fatores, a fim de que não sejam
executadas ações isoladas que podem levar os esforços ao fracasso.
Nesse sentido, para que sejam iniciadas ações estratégicas em torno do tema, torna-se
necessária a execução de modelos e ferramentas que incentivem a realização de melhorias e
gerem know-how em relação à gestão e à mudança de comportamento necessária para a
evolução da cultura das empresas. E uma das estratégias para se atingir tal resultado é a
realização de eventos Kaizen.
2.2 Eventos Kaizen
O evento Kaizen é uma abordagem que tem sido utilizada para ações
pontuais, e pode auxiliar na sensibilização das pessoas para a mudança de cultura. Essa
abordagem tem sido chamada também de Gemba Kaizen (SILVA et al., 2008). Imai (1996)
define Gemba como uma palavra japonesa que significa “verdadeiro lugar”, ou seja, o local
onde o valor é agregado ao produto. Dessa forma, pode-se dizer que gemba kaizen é a
melhoria no local de agregação de valor. Para Guelbert et al. (2009) um programa de eventos
Kaizen bem estruturado é a melhor forma de iniciar um programa de melhoria contínua que
busque resultados sólidos e duradouros, pois essa ferramenta permite que as pessoas da
empresa sejam expostas aos conceitos e comportamentos da melhoria contínua. Silva et al.
(2008) reforçam que esse método pode gerar grandes resultados quanto a reduções de custo e
aumento de produtividade, e promove o envolvimento de todos em busca da eliminação de
perdas. Segundo Liker e Houses (2009), os eventos Kaizen são atividades de melhoria
realizadas por um período de cinco dias, onde algumas pessoas são reunidas para analisar um
processo ou operação, ter ideias e implementá-las, lideradas e motivadas por um especialista
em produção enxuta. Para Liker e Meier (2007), essa abordagem é composta das seguintes
etapas:
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a) Preparação: anteriormente é definido o foco do evento, é selecionada uma equipe,
são coletados os dados atuais do processo a fim de definir os objetivos do evento, e
é preparada toda a estrutura para a realização do mesmo.
b) Realização do Evento:
Segunda-feira: No primeiro dia ocorre uma capacitação superficial sobre as
ferramentas enxutas e são aprofundadas as ferramentas que poderão ser utilizadas
durante o evento, além de ser iniciada a coleta de dados sobre o processo atual.
Terça-feira: Nesse dia, é encerrada a coleta de dados e é realizada a análise do
estado atual, construindo-se o mapa de fluxo do processo a fim de analisar
deslocamentos e padronização do trabalho, e também de desenvolver novas
alternativas permitindo que no fim do dia se chegue a uma proposta de melhoria.
Quarta-feira: No terceiro dia, é realizada a intervenção no processo, alterando-se
do estado atual para o proposto.
Quinta-feira: A intervenção é avaliada e melhorada permanentemente até que o
processo esteja ajustado.
Sexta-feira: No último dia, é montada e executada uma apresentação para a
gerência e é realizada uma comemoração.
c) Pós-Kaizen: Após a realização desses eventos, algumas ações entendidas como
necessárias são listadas em planos de ação, e essas são acompanhadas até que
todas sejam concluídas
George et al. (2005) complementam que a equipe participante do evento Kaizen deve
ter dedicação integral e suas demais atividades não devem atrapalhá-los durante um período
de três a cinco dias. O escopo e o objetivo do evento devem ser definidos anteriormente e não
durante sua realização, pois não há tempo para mudança de foco. As ações identificadas
devem ser executadas em sua maioria no período do evento, e as restantes em no máximo
vinte dias, mesmo que não estejam totalmente refinadas. A equipe deve ter suporte de todas as
áreas funcionais necessárias durante a realização do evento. Corroborando, Alves, Souza e
Ferraz (2007) definiram a partir de uma revisão dos conceitos que os fatores críticos para o
sucesso dos eventos Kaizen são: liderança, motivação, características e treinamento da equipe,
foco e disponibilidade.
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2.3 Análise e Melhoria de Sistemas Produtivos
A empresa é o fator responsável por integrar os recursos necessários para a produção
de forma a tornar a operação mais lucrativa o possível (CHIAVENATO, 2008). Segundo
Ohno (1997) o lucro só pode ser obtido a partir da redução de custos, pois o preço de venda já
está definido pelo valor que o consumidor está disposto a pagar, e essa economia deve ser o
objetivo dos fabricantes de bens de consumo para que sobrevivam no atual mercado. Para
Correia e Almeida (2002), a melhoria do desempenho de um processo pode ser alcançada a
partir de ações que podem ser realizadas a partir de uma análise objetiva das informações
sobre o processo. Segundo Lustosa et al. (2008), a capacidade operacional de produção é
estabelecida pela razão entre a quantidade de unidades do produto fabricadas e o tempo
necessário para que isso ocorra. O autor complementa que para se estabelecer esse número
deve ser utilizada a capacidade projetada multiplicada pelo percentual de eficiência e
utilização do sistema analisado. Conforme Chiavenato (2008), a capacidade de produção é o
que a empresa pode produzir em condições normais, e depende de quatro fatores que são:
capacidade instalada, mão de obra disponível, matéria-prima disponível e recursos
financeiros. Para Pidd (1998), os recursos produtivos são limitados e aqueles mais escassos
devem ser utilizados da melhor forma possível sendo que as otimizações no sistema devem
focar o recurso com restrição de capacidade.
Para Lustosa et al. (2008), os sistemas produtivos possuem diversos tipos de
classificação como grau de padronização dos produtos, os tipos de operações que os produtos
sofrem, o ambiente de produção, o fluxo dos processos e a natureza dos produtos. Chiavenato
(2008) aponta que existem diversos índices utilizados para controlar a produtividade e um
deles é o índice de eficiência que é resultado da divisão entre o número de horas previstas e o
número de horas trabalhadas para se executar a produção de certa quantidade e combinação
de peças. A mão de obra é representa uma parcela importante dos custos de produção e por
isso os gestores precisam verificar se os colaboradores não estejam executando tarefas
desnecessárias. Por isso, os processos devem estar em constante análise a fim de se encontrar
a melhor condição para cada operação de produção de um produto (BARNES, 1977). Liker e
Meier (2007) complementam essa visão afirmando que no modelo Toyota o ativo mais
importante é o tempo das pessoas e não o das máquinas. Para Shingo (1996) os processos
produtivos devem ser analisados sob a ótica da Função Processo, focalizando cinco
elementos: processo, inspeção, transporte, esperas do processo e esperas dos lotes. Segundo
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Barnes (1977) os métodos e processos nunca são perfeitos e sempre existem oportunidades de
melhoria, inclusive reprojetando os produtos e seus componentes. O autor propõe um método
para melhorias composto das seguintes etapas: i) eliminar todo trabalho desnecessário; ii)
combinar operações ou elementos; iii) modificar a sequência das operações; iv) simplificar as
operações essenciais.
Para Shingo (1996), as melhorias dos processos podem ser executadas melhorando o
produto através da engenharia de valor ou melhorando os métodos de fabricação. O autor
também afirma que se deve primeiro melhorar o processo a partir da engenharia de valor,
questionando de que forma o produto pode ser redesenhado para manter a qualidade e reduzir
os custos de fabricação e após esse estágio deve-se buscar a melhoria dos métodos de
produção. Os processos de fabricação devem ser analisados globalmente antes que cada etapa
seja minuciosamente estudada e o gráfico do fluxo do processo é uma forma simples e eficaz
de se registrar o processo visando tornar possível sua melhor compreensão (BARNES, 1977).
Barnes (1977) afirma que nas organizações em que as pessoas da área operacional se
envolvem no desenvolvimento de melhores métodos é desejável que seja usado o menor
número possível de símbolos a fim de simplificar o trabalho de mapeamento e compreensão
dos gráficos. Muitas vezes é necessário que se visualize a sequência de operações divididas
em função do tempo e para isso pode-se utilizar os gráficos de atividade.
2.4 Processo de Geração de Ideias
Segundo Shingo (2010), o fato de um problema ou oportunidade de melhoria ser
identificada não significa que a solução adequada estará desenvolvida, para isso é necessário
que a natureza da situação seja melhor esclarecida. Barnes (1977) propõe um método simples
para essa jornada composto pelas seguintes etapas: i) definição do problema; ii) análise do
problema; iii) pesquisa de possíveis soluções; iv) avaliação das alternativas; e v)
recomendação para a ação. Shingo (2010) por outro lado, propõe como método para a
melhoria contínua o mecanismo do pensamento científico composto pelas seguintes etapas: i)
ter consciência sobre o problema e dividi-lo coerentemente; ii) entender a situação atual
completamente; iii) buscar o propósito do trabalho; iv) buscar métodos melhores; v) Focalizar
os problemas; vi) geração de ideias; vii) julgamento de ideias; viii) elaborar proposta e ix)
implementação.
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Já Imai (1996) e Ohno (1997) afirmam que a técnica dos Cinco Porquês é uma forma
fácil e efetiva de se resolver problemas e complementa que o próprio Sistema Toyota de
Produção vem sendo construído com base nessa abordagem. Segundo os autores ao perguntar
por que cinco vezes pode-se chegar a causa raiz do problema. Pidd (1998) recomenda como
abordagem para a estruturação de problemas o brainstorming, onde os participantes geram um
número grande de ideias através da circulação e combinação das mesmas adiando as críticas e
julgamentos das ideias mesmo que pareçam estranhas. Segundo Barnes (1977), é importante
que seja feita uma estimativa da redução de custos previstos resultantes das melhorias
implementadas, a fim de avaliar seu resultado antes de por em prática e de apresentar as
propostas para a administração. O autor complementa que as estimativas de redução de mão
de obra devem considerar todos os custos ligados a mão de obra como impostos e benefícios
entre outros.
3. MODELO PROPOSTO
Com base na sequência das atividades propostas por Liker e Meier (2007) e nos
métodos de análise e solução de problemas apresentados por Barnes (1977) e Shingo (2010),
foi proposto um modelo para a realização de eventos Kaizen. Conforme ilustrado na Figura 1,
as macro etapas foram divididas nos estágios de preparação e realização do evento a fim de
demarcar a divisão entre a preparação e a execução do evento.
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Figura 1- Modelo proposto de realização de eventos Kaizen. Fonte: autores (2012)
A primeira etapa de preparação consiste na escolha de um foco para o evento, como a
definição de uma linha de produção ou célula de trabalho que será exposta as atividades de
melhoria. A escolha pode ser baseada em dados históricos relativos ao problema que se quer
resolver ou por uma avaliação estratégica da direção da empresa. Nessa definição, também
deve ser considerado o objetivo do evento, tais como melhoria da produtividade, qualidade,
etc e após a definição do objetivo, deve ser estipulada uma meta para o resultado que se
pretende melhorar. Tal meta deve ser avaliada pela direção e pelo líder do evento Kaizen. A
partir dessas informações, é possível que a equipe de trabalho seja escolhida conforme a
especialidade de suas funções e características comportamentais que podem influenciar
positiva ou negativamente o trabalho da equipe. Essa etapa deve ser realizada pela direção e
pelo líder do evento que ficará responsável pela coordenação dessa equipe durante a execução
do evento.
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De posse dessas informações, o líder deve iniciar a preparação do evento com a coleta
e organização dos dados relativos ao problema exposto na primeira fase. Esse trabalho deve
ser feito por um funcionário com conhecimento sobre a análise de sistemas de produção, a fim
de que os dados coletados como: tempos de processo, número de defeitos, etc sejam
transformados em informações úteis que permita que os participantes do evento visualizem a
situação a ser analisada de maneira objetiva. Essas informações também permitirão que o
treinamento seja planejado em função do cenário verificado direcionando o foco da equipe.
Em seguida, os participantes devem ser convidados a participar do evento e a eles
deve ser exposto o problema pelo qual serão responsáveis por analisar e propor soluções. Essa
etapa deve ser efetuada pelo patrocinador, ou seja, a direção da empresa, que através de sua
posição hierárquica trará maior prestígio aos participantes e às atividades do evento. Logo
após, os gestores de setores de apoio que podem ser envolvidos em alguma atividade durante
a realização do evento, devem ser comunicados das atividades que serão realizadas e de sua
importância para a empresa.
Na etapa de treinamento são iniciadas as atividades de execução do evento. Nesse
momento, os participantes recebem um treinamento básico sobre ferramentas e técnicas para a
análise e solução de problemas direcionados para o problema definido na primeira etapa.
Durante esse treinamento, a equipe também deve conhecer as informações levantadas
anteriormente e iniciar a análise do cenário buscando entender o problema completamente. A
realização dessa etapa deve ser monitorada com a finalidade de introduzir novos assuntos que
se mostrarem necessários durante a realização do evento, pois o acesso às informações, pelos
participantes do evento, podem gerar demandas por novas informações e treinamento.
Durante a etapa de análise das atividades, geração de ideias, julgamento e
implementação os método proposto por Shingo (2010) pode ser completamente aplicado ao
esclarecimento do problema pertinente a cada atividade analisada como a identificação de
esperas ou setups muito longos. Para a geração de ideias, pode ser utilizada a técnica
brainstorming, explicada por Pidd (1998) ou então a técnica dos Cinco Porquês apresentada
por Imai (1996) e Ohno (1997). Os problemas identificados precisam ser documentados e
priorizados pela equipe para que não se perca tempo analisando problemas cujas possíveis
soluções tenham custos elevados ou que gerem ganhos pouco significativos.
As ideias geradas devem ser transformadas em planos de ação com prazos de
implementação e responsáveis definidos. Os planos de ação que não puderem ser
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implementados durante o período do evento devem ser reorganizados e os prazos devem ser
negociados com as áreas de apoio que ficarão responsáveis por sua execução. Durante as
atividades de treinamento, análise dos processos, geração de ideias, julgamento,
implementação e planejamento das ações pendentes os resultados das melhorias e as previsões
de ganho das ideias a serem implementadas devem ser monitoradas, a fim de prever o alcance
ou não da meta estipulada, permitindo que ações de correção de rumos sejam tomadas caso
ocorra algum desvio em relação a evolução que se espera para os trabalhos de melhoria. Ao
final do evento, os resultados alcançados pela equipe e as ações pendentes devem ser
apresentadas ao patrocinador do evento e o sucesso do trabalho deve ser avaliado e, se
alcançado deve ser reconhecido pelo patrocinador a fim de valorizar as atividades realizadas
pela equipe.
4. CONCLUSÃO
Este artigo apresentou um modelo estratégico de realização de eventos Kaizen que foi
elaborado com base nos direcionamentos conceituais sobre melhoria contínua, métodos e
ferramentas de análise de processos. A aplicação em estudos de casos práticos é a etapa
natural dessa pesquisa. Nesse sentido, há algumas questões que devem ser observadas em
futuras experimentações. Destacam-se, a partir da experiência dos autores e da revisão da
literatura realizada, como pontos relevantes a serem observado na aplicação, o aspecto da
dedicação integral dos participantes durante a realização do evento é fundamental. Além
disso, outro ponto relevante que deve ser destacado é o planejamento do tempo e a carga
horária do evento de acordo com as metas definidas pela empresa para o problema em análise.
O estabelecimento de uma meta a ser atingida pelos participantes do evento, via de regra, gera
uma responsabilidade maior entre os integrantes pela realização do trabalho. Por fim, deve-se
observar a maneira de medir os resultados alcançados, evitando que os resultados não sejam
influenciados por variáveis difíceis de mensurar. Sugerem-se, portanto, sucessivas replicações
de formar a aperfeiçoar o modelo proposto.
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